JP2010527163A - Porous structure solar cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

本発明は、多孔性構造を有する太陽電池とその製造方法に関し、第1不純物領域のシリコン基板上に、表面が複数個のホールが形成された多孔性構造を有し、前記第1不純物と相異する第2不純物領域にドーピングされた半導体層を包含する太陽電池であり、特に、前記第1不純物領域のシリコン基板と、第2不純物領域の半導体層との間に高濃度の第1不純物がドーピングされた第1不純物の半導体層をさらに包含し、前記多孔性構造の表面上に前記シリコン基板を不動態化させるパッシべーション層や反射防止膜をさらに形成することのできる太陽電池である。  The present invention relates to a solar cell having a porous structure and a method for manufacturing the solar cell, and has a porous structure in which a plurality of holes are formed on a silicon substrate in a first impurity region. A solar cell including a semiconductor layer doped in a different second impurity region, and in particular, a high-concentration first impurity is present between the silicon substrate in the first impurity region and the semiconductor layer in the second impurity region. The solar cell further includes a doped semiconductor layer of a first impurity, and can further form a passivation layer and an antireflection film for passivating the silicon substrate on the surface of the porous structure.

Description

本発明は、次世代クリーンエネルギー源である太陽電池において、多孔性シリコン基板を利用するバルク型太陽電池素子の開発と、構造的、結晶学的観点で、太陽電池基板を制御する技術と、多孔性構造による多様な太陽光波長の領域において均一に低い反射率を有することにより素子の品質特性を向上させ、光電変換効率の改善を目指すことである。また、互に異なるタイプの半導体層の積層形態及びドーピング濃度を異にすることによって、各半導体層のフェルミエネルギーレベルを調整して半導体層間の隣接面において多い電荷が蓄積される高効率の太陽電池に関する。また、多孔性構造であるシリコンウエハー基板上に形成されるパッシべーション層によって前記基板が不動態化されて表面欠陥が最少化され、太陽電池の効率が向上されるバルク型シリコン太陽電池及びその製造方法に関する。   The present invention relates to the development of a bulk solar cell element using a porous silicon substrate in a solar cell that is a next-generation clean energy source, a technology for controlling the solar cell substrate from a structural and crystallographic viewpoint, It is intended to improve the quality characteristics of the device and improve the photoelectric conversion efficiency by having a low reflectance uniformly in various sunlight wavelength regions due to the luminescent structure. In addition, a high-efficiency solar cell that adjusts the Fermi energy level of each semiconductor layer and accumulates a large amount of charge on adjacent surfaces between the semiconductor layers by making the stacked form and doping concentration of different types of semiconductor layers different About. In addition, a bulk silicon solar cell in which the substrate is passivated by a passivation layer formed on a silicon wafer substrate having a porous structure, surface defects are minimized, and the efficiency of the solar cell is improved. It relates to a manufacturing method.

太陽電池は、フォトダイオードの一種であり、太陽光を直接電力に転換させる目的に利用されているので、代替エネルギー源として地上では勿論、宇宙開発のためにもその利用が漸次拡大されているとともに、電力用電子素子として非常に重要になっている。その構造もPN接合型、ショートキーバリア型、及び/又は半導体のヘテロ接合などでなることなどがあり、素材としてはシリコン・ガリウムヒ素などの結晶体、その他、各種半導体が広範囲に利用されている。   Solar cells are a type of photodiode, and are used for the purpose of directly converting sunlight into electric power. Therefore, the use of solar cells as an alternative energy source has been gradually expanded not only on the ground but also for space development. It has become very important as a power electronic device. The structure may also be a PN junction type, a short key barrier type, and / or a semiconductor heterojunction, etc., and as a material, crystalline materials such as silicon gallium arsenide and other various semiconductors are widely used. .

特に、最近では、多結晶シリコン又は非晶質シリコンを利用する太陽電池の開発と実用化が非常に注目を受けている。   In particular, recently, development and practical application of solar cells using polycrystalline silicon or amorphous silicon have received much attention.

しかし、高い光電変換効率と品質特性を有する、単結晶のシリコンウエハーを基板とするバルク型太陽電池が常用化されている実情である。   However, a bulk type solar cell having a high photoelectric conversion efficiency and quality characteristics and using a single crystal silicon wafer as a substrate is in common use.

一般的に、シリコン結晶系太陽電池は、シリコンウエハーを出発原料とする。シリコンウエハーは、高純度で精製されたシリコンを高温加熱して結晶で成長されたインゴットを作製し、これを切断と研磨を通じて大型の結晶板形態のウエハー基板を作製する。   Generally, a silicon crystal solar cell uses a silicon wafer as a starting material. A silicon wafer is a high-purity silicon that is heated at a high temperature to produce a crystal-grown ingot, which is then cut and polished to produce a large crystal plate-shaped wafer substrate.

クリスタルは原子が規則的に配列された物質を意味する。   Crystal means a substance in which atoms are regularly arranged.

従来の太陽電池の製造において、最も重要なウエハーの処理工程は、基板表面のテクスチャー(texturing)、つまり、組織化である。このようなテクスチャーの目的は、光を受ける太陽電池の表面部における反射率を減少させるとともに、太陽電池内での光の通過経路を伸ばすことによって、太陽電池内部への光吸収を増加させることで光吸収の効率を向上させようとすることである。   In the manufacture of conventional solar cells, the most important wafer processing step is the texture of the substrate surface, that is, the organization. The purpose of such a texture is to increase the light absorption into the solar cell by reducing the reflectivity at the surface of the solar cell that receives light and extending the light passage path in the solar cell. It is to improve the efficiency of light absorption.

従来技術によると、鏡面研磨処理されたウエハー表面は、入射する太陽光の30%〜50%程度を反射させるが、表面をピラミッド形態にテキスチャーさせると、入射する太陽光の10%〜20%程度が反射するようになって反射率が顕著に減少される。さらに、テキスチャーされた表面に反射防止膜(AR:anti−reflective)を蒸着させた場合、反射率を約5%〜10%までに減少させることができることが知られている。   According to the prior art, the mirror-polished wafer surface reflects about 30% to 50% of incident sunlight, but if the surface is textured in a pyramid shape, about 10% to 20% of incident sunlight. Is reflected and the reflectance is remarkably reduced. Furthermore, it is known that when an anti-reflection film (AR) is deposited on the textured surface, the reflectance can be reduced to about 5% to 10%.

しかし、前記の反射率は、太陽光の主要吸収波長帯域である500nm〜1000nmで観察された平均値であって、太陽光波長範囲の低い波長領域である300nm〜400nmにおいては比較的高い反射度を有し、反射防止膜を蒸着した後のみ相対的により低い反射度を有するようになる問題がある。   However, the reflectance is an average value observed at 500 nm to 1000 nm, which is the main absorption wavelength band of sunlight, and has a relatively high reflectance at 300 nm to 400 nm, which is a low wavelength region of the sunlight wavelength range. And having a relatively lower reflectivity only after depositing an antireflective coating.

したがって、全ての太陽光の波長領域において、均一に低い反射率を有する基板表面の新しい処理方法の開発が必要な実情である。   Therefore, it is necessary to develop a new method for treating a substrate surface having a uniformly low reflectance in all sunlight wavelength regions.

一方、従来のシリコン太陽電池の製造において最も重要なウエハーの処理工程は、P型シリコンウエハー基板にN型の物質を注入してPN接合を形成することである。このようなPN接合部位は、光から変換された起電力の発生する部分であるので、太陽電池の効率や素子の特性上、非常に重要な部材である。PN接合の作製方法としては、大別して熱拡散法又はイオン注入法がある。   On the other hand, the most important wafer processing step in manufacturing a conventional silicon solar cell is to inject an N-type material into a P-type silicon wafer substrate to form a PN junction. Since such a PN junction part is a part where an electromotive force converted from light is generated, it is a very important member in terms of the efficiency of the solar cell and the characteristics of the element. The PN junction manufacturing method is roughly classified into a thermal diffusion method and an ion implantation method.

前記のようなイオン注入法を使用して、P型シリコンウエハー基板にN型物質を注入するか、又は、N型シリコンウエハー基板にP型物質を注入してPN接合素子を形成することは良く知られている。しかし、本発明のように多孔性シリコンウエハーを活用する新しい太陽電池素子の開発と、一般的な太陽電池の製造方法を使用するとともに、高効率の反復再現的な効果を期待することのできる太陽電池の製造方法に対する開発は未だ微々たる実情である。   Using the ion implantation method as described above, it is good to inject an N-type material into a P-type silicon wafer substrate or to inject a P-type material into an N-type silicon wafer substrate to form a PN junction element. Are known. However, the development of a new solar cell element that utilizes a porous silicon wafer as in the present invention and the use of a general solar cell manufacturing method, and a solar that can be expected to have a highly efficient and repeatable effect. Development of a battery manufacturing method is still insignificant.

前記の従来技術における上述した問題などを解決するべく本発明の目的は、多様な太陽光の波長領域において、全般的に低い反射率を有する多孔性構造の表面を有する高効率のバルク型太陽電池を提供することである。   In order to solve the above-described problems in the prior art, an object of the present invention is to provide a high-efficiency bulk solar cell having a porous structure surface having a generally low reflectance in various sunlight wavelength regions. Is to provide.

また、これらのシリコン基板の表面に形成される安定的な物質でなるパッシべーション層を形成して表面欠陥の最少化された高効率の太陽電池を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a high-efficiency solar cell in which surface defects are minimized by forming a passivation layer made of a stable material formed on the surface of these silicon substrates.

また、本発明の他の目的は、最適の不純物注入方法によって製造される太陽電池を既存の太陽電池の製造工程を最大限に活用するとともに、高効率の高品質特性を有しながら、大量生産を可能にしてコストを低減させることによって経済的メリットのある太陽電池の製造方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to mass-produce solar cells manufactured by an optimal impurity implantation method while making the best use of existing solar cell manufacturing processes and having high-quality characteristics with high efficiency. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell with economic merit by enabling cost reduction.

上述の目的を達成するための本発明の太陽電池は、第1不純物領域のシリコン基板上に前記第1不純物領域と相異する第2不純物領域の半導体層を包含する太陽電池において、前記第2不純物領域の半導体層の表面が複数個のホールが形成された多孔性構造を有する。   According to another aspect of the present invention, there is provided a solar cell including a semiconductor layer of a second impurity region different from the first impurity region on a silicon substrate of the first impurity region. The surface of the semiconductor layer in the impurity region has a porous structure in which a plurality of holes are formed.

本発明において、前記第1不純物領域のシリコン基板とは、1つの出発基板が特定の不純物でドーピングされた外因性半導体(extrinsic semiconductor)基板を意味する。前記出発基板は、不純物の種類によってP型半導体基板、又は、N型半導体基板であることができる。   In the present invention, the silicon substrate in the first impurity region means an extrinsic semiconductor substrate in which one starting substrate is doped with a specific impurity. The starting substrate may be a P-type semiconductor substrate or an N-type semiconductor substrate depending on the type of impurities.

したがって、本発明において、前記第2不純物領域は、出発基板である外因性半導体基板にドーピングされた第1不純物と異なる不純物であって、前記第1不純物領域の半導体と異なる種類の半導体層を形成することのできる不純物でドーピングされた半導体層を意味する。出発基板である第1不純物領域の基板がP型半導体基板である場合、第2不純物領域は第15族などに包含された元素らでなるN型不純物でドーピングされて前記P型半導体基板の表面層に形成されたN型半導体層であることができる。また、出発基板である第1不純物領域の基板がN型半導体基板である場合、第2不純物領域は第13族などに包含された元素らでなるP型不純物でドーピングされて前記N型半導体基板の表面層に形成されたP型半導体層であるであることができる。   Accordingly, in the present invention, the second impurity region is an impurity different from the first impurity doped in the extrinsic semiconductor substrate that is a starting substrate, and a semiconductor layer of a different type from the semiconductor of the first impurity region is formed. It means a semiconductor layer doped with impurities that can be made. When the substrate of the first impurity region, which is the starting substrate, is a P-type semiconductor substrate, the second impurity region is doped with N-type impurities composed of elements included in Group 15 and the like, and the surface of the P-type semiconductor substrate It may be an N-type semiconductor layer formed in the layer. In addition, when the substrate of the first impurity region which is a starting substrate is an N-type semiconductor substrate, the second impurity region is doped with P-type impurities made of elements included in Group 13 and the like, and the N-type semiconductor substrate A P-type semiconductor layer formed on the surface layer.

本発明において、前記第1不純物はP型半導体不純物であり、第2不純物はN型半導体不純物であることができ、その逆も可能である。また、前記シリコン基板は単結晶シリコンであるか、又は、多結晶シリコンであることもでき、特に制限されない。   In the present invention, the first impurity may be a P-type semiconductor impurity, and the second impurity may be an N-type semiconductor impurity, and vice versa. The silicon substrate may be single crystal silicon or polycrystalline silicon, and is not particularly limited.

本発明において、前記第2不純物領域の半導体層における多孔性構造は、表面の所定部位に上部電極を包含し、前記上部電極が形成された部分を除いた残りの表面に形成されることができる。   In the present invention, the porous structure in the semiconductor layer of the second impurity region may include an upper electrode at a predetermined portion of the surface and may be formed on the remaining surface excluding a portion where the upper electrode is formed. .

本発明において、前記第1不純物領域のシリコン基板の下部には、導電性金属の中から選択されるいずれか1つの金属からなる下部電極をさらに包含することができる。前記下部電極は、導電性金属であればいずれも可能であるが、特に、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、白金(Pt)などでなる電極であることができる。   In the present invention, a lower electrode made of any one metal selected from conductive metals may be further included under the silicon substrate in the first impurity region. The lower electrode may be any conductive metal, but may be an electrode made of aluminum (Al), silver (Ag), platinum (Pt), or the like.

本発明において、前記第1不純物領域のシリコン基板と第2不純物領域の半導体層との間に、前記第1不純物領域の濃度より高濃度で、かつ多孔性である第1不純物領域の半導体層をさらに包含することができる。   In the present invention, a semiconductor layer of the first impurity region that is higher in concentration than the concentration of the first impurity region and is porous between the silicon substrate of the first impurity region and the semiconductor layer of the second impurity region. It can further be included.

前記第1不純物領域の半導体層の厚さは、特に制限されないが、100nm〜600nmであることができる。   The thickness of the semiconductor layer of the first impurity region is not particularly limited, but may be 100 nm to 600 nm.

また、前記多孔性構造における各ホールの深さは、前記第2不純物領域の半導体層の厚さより小さいか、又は同一であるか、又は大きくすることができ、すべてのホールは均一又は均一でないこともできる。   In addition, the depth of each hole in the porous structure may be smaller than, equal to, or greater than the thickness of the semiconductor layer of the second impurity region, and all the holes may not be uniform or uniform. You can also.

前記ホールの形状は、その縦断面がU字形、V字形、多角形の中いずれか1つ以上の形態であって、前記ホールの縦断面が互に異なる形状を有して一緒に形成されることができる。又、ホールの表面形状は、四角形、多角形、円形、又は、これと類似する形状を有する不定形の形態を有するか、又は、これらと共に形成された構造を有する。また、前記ホールとホールとの間に形成される残留構造物の形態は、針(needle)状の形態を有することもできる。   The hole has a vertical cross section of one or more of a U shape, a V shape, and a polygon, and the vertical cross sections of the holes have different shapes from each other. be able to. In addition, the surface shape of the hole has a rectangular shape, a polygonal shape, a circular shape, or an indeterminate form having a similar shape, or a structure formed together therewith. Also, the residual structure formed between the holes may have a needle shape.

前記ホールの形状は、ホールの基底点を包含する面と側面で成る角度は、0°〜135°であることを特徴とすることができる。   The shape of the hole may be characterized in that an angle formed by a surface including a base point of the hole and a side surface is 0 ° to 135 °.

前記ホールの深さや幅は、特に制限されないが、好ましくは10nm〜10mmであることができる。   The depth and width of the hole are not particularly limited, but are preferably 10 nm to 10 mm.

前記第2不純物領域の半導体層における多孔性構造の表面気孔度は10%〜70%であることができる。   The surface porosity of the porous structure in the semiconductor layer of the second impurity region may be 10% to 70%.

また、前記第2不純物領域の半導体層の表面は、X線回折法(XRD)を利用する結晶分析において、220、311、320、331、400、411、422、511、531、533の中いずれか1つ以上の結晶面を有することができる。   The surface of the semiconductor layer of the second impurity region may be any of 220, 311, 320, 331, 400, 411, 422, 511, 531, 533 in crystal analysis using X-ray diffraction (XRD). Or may have one or more crystal faces.

本発明の太陽電池は、前記第2不純物領域の半導体層における多孔性構造の表面に前記シリコン基板を不動態化させるパッシべーション層又は反射防止膜をさらに包含することができる。   The solar cell of the present invention may further include a passivation layer or an antireflection film for passivating the silicon substrate on the surface of the porous structure in the semiconductor layer of the second impurity region.

前記パッシベーション層は、シリコン酸化物又はシリコン系非晶質化合物からなることができるが、必ずしもこれらの物質に制限されない。   The passivation layer may be made of silicon oxide or a silicon-based amorphous compound, but is not necessarily limited to these materials.

前記パッシベーション層を形成する物質の屈折率は、大気の屈折率と前記シリコン基板の屈折率との中間の値を有することができ、特に1.7〜2.2であることができる。   The refractive index of the material forming the passivation layer may have an intermediate value between the refractive index of the atmosphere and the refractive index of the silicon substrate, and may be 1.7 to 2.2.

本発明の1実施形態による太陽電池の製造方法は、第1不純物領域のシリコン基板の上部に前記第1不純物領域の第1不純物と相異する第2不純物をドーピングして第2不純物領域の半導体層を形成する段階と、前記第2不純物領域の半導体層の表面に複数個のホールが形成された多孔性構造を形成する段階を包含する。   According to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing a solar cell includes doping a second impurity different from the first impurity in the first impurity region into the upper portion of the silicon substrate in the first impurity region to form a semiconductor in the second impurity region. Forming a layer, and forming a porous structure in which a plurality of holes are formed on the surface of the semiconductor layer of the second impurity region.

本発明の他の1実施形態による太陽電池の製造方法は、第1不純物領域のシリコン基板に前記第1不純物領域の第1不純物と相異する第2不純物をドーピングして第2不純物領域の半導体層を形成する段階と、前記第1不純物領域のシリコン基板と第2不純物領域の半導体層とが接する水平面の中、いずれか1つの面の間に前記シリコン基板の第1不純物濃度より高い濃度の第1不純物領域の半導体層を形成する段階と、前記形成された第2不純物領域の半導体層の中、側面に形成される第2不純物領域の半導体層を除去する段階と、前記第1不純物領域のシリコン基板と隣接する第2不純物領域の半導体層を除去して電極を形成する段階と、前記除去されなく残っている第2不純物領域の半導体層の表面に複数個のホールが形成された多孔性構造を形成する段階とを包含する。   According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a solar cell includes doping a second impurity different from the first impurity in the first impurity region into a silicon substrate in the first impurity region, thereby forming a semiconductor in the second impurity region. A layer having a concentration higher than the first impurity concentration of the silicon substrate between any one of the horizontal planes where the silicon substrate of the first impurity region and the semiconductor layer of the second impurity region are in contact with each other; Forming a semiconductor layer of a first impurity region; removing a semiconductor layer of a second impurity region formed on a side surface of the semiconductor layer of the formed second impurity region; and the first impurity region. Removing the semiconductor layer of the second impurity region adjacent to the silicon substrate to form an electrode, and forming a plurality of holes in the surface of the semiconductor layer of the second impurity region remaining without being removed Including forming a structure.

前記第1不純物領域の半導体層を形成する方法は、多孔性シリコン層の形成方法によることができる。   The method for forming the semiconductor layer of the first impurity region may be a method for forming a porous silicon layer.

また、前記側面に形成された第2不純物領域の半導体層を除去する方法は、エッジアイソレーションを利用することができる。   The method for removing the semiconductor layer in the second impurity region formed on the side surface can use edge isolation.

本発明の製造方法において、前記第2不純物領域の半導体層の表面に多孔性構造を形成する段階は、第2不純物領域の半導体層の上部の所定部位に上部電極を形成した後、前記上部電極が形成された部分を除く残りの第2不純物領域の半導体層の表面に多孔性構造を形成することを特徴とする。   In the manufacturing method of the present invention, the step of forming a porous structure on the surface of the semiconductor layer of the second impurity region may include the step of forming an upper electrode at a predetermined portion above the semiconductor layer of the second impurity region, A porous structure is formed on the surface of the semiconductor layer of the remaining second impurity region excluding the portion where the is formed.

前記第2不純物をドーピングする方法は、イオン注入法、熱拡散法、及びオキシ塩化リン(POCl)拡散法の中から選択されることができる。 The method for doping the second impurity may be selected from an ion implantation method, a thermal diffusion method, and a phosphorus oxychloride (POCl 3 ) diffusion method.

特に、前記第2不純物をドーピングする方法は、800℃〜900℃の炉内に前記第1不純物領域のシリコン基板を置いて、第2不純物を含有するガスを注入することもできる。   In particular, in the method of doping the second impurity, the silicon substrate in the first impurity region may be placed in a furnace at 800 ° C. to 900 ° C. and a gas containing the second impurity may be injected.

前記第1不純物がP型であり、第2不純物がN型であるとき、前記第2不純物を含有するガスはオキシ塩化リン(POCl)であることができる。 When the first impurity is P-type and the second impurity is N-type, the gas containing the second impurity may be phosphorus oxychloride (POCl 3 ).

本発明の製造方法において、前記多孔性構造を形成する方法は、湿式化学エッチング法、乾式化学エッチング法、電気化学エッチング法、機械的エッチング法の中いずれか1つの方法によってシリコン基板をエッチングすることができる。   In the manufacturing method of the present invention, the porous structure may be formed by etching the silicon substrate by any one of a wet chemical etching method, a dry chemical etching method, an electrochemical etching method, and a mechanical etching method. Can do.

前記湿式化学エッチング法及び電気化学エッチング法を使用する場合、シリコン基板との反応物質は、フッ酸(HF)、窒酸(HNO)、酢酸(CHCOOH)で構成された群から選択される1種以上の酸であることができる。 When using the wet chemical etching method and the electrochemical etching method, the reactant with the silicon substrate is selected from the group consisting of hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3 ), and acetic acid (CH 3 COOH). One or more acids.

特に、前記シリコン基板との反応物質は、フッ酸(HF)、窒酸(HNO)、酢酸(CHCOOH)で構成された群から選択される1種以上の酸と、アセトニトリル(acetonitrile)、ジメチルホルムアミド(dimethyl formamide)、ホルムアミド(formamide)、ジエチルスルホキシド(diethyl sulfoxide)、ヘキサメチルリン酸トリアミド(hexamethyl phosphoric triamide)、ジメチルアセトアミド(dimethyl acetamide)、水(water)、メチルアルコール(methyl alcohol)、エチルアルコール(ethyl alcohol)、イソプロピルアルコール(isopropyl alcohol)から構成された群から選択される1種以上の物質との混合液であることができる。 In particular, the reactant with the silicon substrate includes at least one acid selected from the group consisting of hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3 ), and acetic acid (CH 3 COOH), and acetonitrile. , Dimethylformamide, formamide, diethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric triamide, dimethylacetamide, dimethylacetaldehyde, water Ethyl alcohol, isopropyl alcohol or isopropyl alcohol Can from a group consisting of a mixture of one or more materials selected.

本発明の製造方法において、前記湿式化学エッチング法、乾式化学エッチング法、電気化学エッチング法の中選択されるいずれか1つの方法を使用する場合、前記多孔性構造が形成された表面に生成されるシリコン酸化物が除去される反応が最終的な反応になるべく維持することを特徴とすることができる。   In the manufacturing method of the present invention, when any one method selected from the wet chemical etching method, the dry chemical etching method, and the electrochemical etching method is used, the porous structure is generated on the surface on which the porous structure is formed. It can be characterized in that the reaction in which the silicon oxide is removed is maintained as a final reaction.

本発明の太陽電池の製造方法は、前記各工程段階の以後に、前記第2不純物領域の半導体層における多孔性構造表面に前記シリコン基板を不動態化させるパッシべーション層又は反射防止膜を形成する段階をさらに包含することができる。   In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, a passivation layer or an antireflection film for passivating the silicon substrate is formed on the porous structure surface in the semiconductor layer of the second impurity region after each step. The method may further include the step of:

前記パッシベーション層を形成する方法は、前記多孔性構造が形成されたシリコン基板の表面に対する熱的湿式酸化反応法、前記多孔性構造が形成されたシリコン基板の表面に対する熱的乾式酸化反応法、及び前記多孔性構造が形成されたシリコン基板の上部にシリコン系非晶質化合物を蒸着するプラズマ化学気相成長法(PECVD;Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)の中から選択されるいずれか1つの方法であることができる。   The method of forming the passivation layer includes a thermal wet oxidation reaction method on the surface of the silicon substrate on which the porous structure is formed, a thermal dry oxidation reaction method on the surface of the silicon substrate on which the porous structure is formed, and It is any one method selected from plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), in which a silicon-based amorphous compound is deposited on the silicon substrate on which the porous structure is formed. be able to.

本発明によると、結晶学的及び/又は構造的観点で多様な形態のホールをシリコンウエハー基板上に形成してなる多孔性構造のバルク型太陽電池を提供して、太陽光の広帯域波長において均一的に反射率を低める効果を得ることができる。   According to the present invention, a porous solar cell having a porous structure in which holes of various forms from a crystallographic and / or structural viewpoint are formed on a silicon wafer substrate is provided, and uniform in a wide wavelength range of sunlight. Thus, the effect of reducing the reflectance can be obtained.

本発明の1実施形態による太陽電池の構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の1実施形態による太陽電池の構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の1実施形態による太陽電池の構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の1実施形態による太陽電池の構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の1実施形態による太陽電池の構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の1実施形態による太陽電池の構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の1実施形態による太陽電池表面の断面を電子顕微鏡で観察した断写真面図である。1 is a cross-sectional view of a cross section of a surface of a solar cell according to an embodiment of the present invention observed with an electron microscope. 本発明の多様な実施形態による太陽電池の表面を上部から電子顕微鏡で観察した平面写真図である。It is the plane photograph figure which observed the surface of the solar cell by various embodiments of the present invention with the electron microscope from the upper part. 本発明の多様な実施形態による太陽電池の表面を上部から電子顕微鏡で観察した平面写真図である。It is the plane photograph figure which observed the surface of the solar cell by various embodiments of the present invention with the electron microscope from the upper part. 本発明の多様な実施形態による太陽電池の表面を上部から電子顕微鏡で観察した平面写真図である。It is the plane photograph figure which observed the surface of the solar cell by various embodiments of the present invention with the electron microscope from the upper part. 本発明の1実施形態による太陽電池の多孔性構造を形成するホールの縦断面形状を示した模式図である((a)〜(f))。It is the schematic diagram which showed the longitudinal cross-sectional shape of the hole which forms the porous structure of the solar cell by one Embodiment of this invention ((a)-(f)). 本発明の1実施形態による太陽電池の表面の断面を電子顕微鏡で観察した断面写真図である。It is the cross-sectional photograph figure which observed the cross section of the surface of the solar cell by one Embodiment of this invention with the electron microscope. 本発明の1実施形態による太陽電池の表面の断面を電子顕微鏡で観察した断面写真図である。It is the cross-sectional photograph figure which observed the cross section of the surface of the solar cell by one Embodiment of this invention with the electron microscope. 多様な方式によって表面処理した太陽電池の反射度を示したグラフである。It is the graph which showed the reflectance of the solar cell surface-treated by various systems. 本発明の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by one Embodiment of this invention. 本発明の他の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by other one Embodiment of this invention. 本発明の他の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by other one Embodiment of this invention. 本発明の他の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by other one Embodiment of this invention. 本発明の他の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by other one Embodiment of this invention. 本発明の他の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by other one Embodiment of this invention. 本発明の他の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by other one Embodiment of this invention. 本発明のまた他の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by other one Embodiment of this invention. 本発明のまた他の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by other one Embodiment of this invention. 本発明のまた他の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by other one Embodiment of this invention. 本発明のまた他の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by other one Embodiment of this invention. 本発明のまた他の1実施形態による太陽電池の製造工程を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing process of the solar cell by other one Embodiment of this invention. 本発明の1実施形態による太陽電池の構造における伝導帯−価電子帯のエネルギーレベルを示したグラフである。5 is a graph showing the energy level of a conduction band-valence band in the structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention.

また、このような多孔性表面構造を通じて従来の半導体基板の表面積より拡大される表面積を活用して最適の不純物注入と、最少の製造工程によって太陽電池の効率を増大させることができる。一方、多孔性シリコンウエハー基板上に形成されるパッシべーション層は表面欠陥を最少化することによって太陽電池効率のさらなる向上を期待することができる。   In addition, the efficiency of the solar cell can be increased by optimal impurity implantation and the minimum manufacturing process by utilizing the surface area larger than the surface area of the conventional semiconductor substrate through the porous surface structure. On the other hand, the passivation layer formed on the porous silicon wafer substrate can be expected to further improve the solar cell efficiency by minimizing surface defects.

本発明によると、既存の太陽電池製造工程を活用しながら、本発明を実施することが可能であり、急速な太陽電池需要の拡張にともなって、コストダウンによって競争力を確保することができる。つまり、既存の太陽電池製造工程を最大限利用するとともに、電子を蓄積することのできるエネルギーレベル構造の太陽電池を製造することができるため、高い光電変換効率を有する太陽電池を経済的に生産することができる効果を有している。   According to the present invention, it is possible to implement the present invention while utilizing an existing solar cell manufacturing process, and it is possible to ensure competitiveness by reducing costs as the demand for solar cells rapidly expands. In other words, it is possible to manufacture a solar cell having high photoelectric conversion efficiency economically because it is possible to manufacture a solar cell having an energy level structure capable of accumulating electrons while making maximum use of an existing solar cell manufacturing process. It has an effect that can be.

以下、添付の図面を参照して本発明の多様な実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

別添の図面において、同一の構成要素に対しては他の図面上に表示する場合でも可能の限り同一の符号を付するようにし、本発明の要旨を混同すると判断される公知機能及び構成に対しては詳細な説明を省略する。   In the attached drawings, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible even when displayed on the other drawings, and the known functions and configurations judged to be confused with the gist of the present invention. Detailed description thereof will be omitted.

図1〜図6は、本発明の1実施形態による太陽電池の構造を模式的に表している縦断面である。図1〜図6を参照するとき、P型半導体不純物(P型(シリコン)基板と記することもある)がドーピングされたシリコン基板100上に形成されたN型不純物の半導体層120を包含する太陽電池が図示されている。特に、図1〜図3のシリコン太陽電池は、N型不純物領域(N型半導体層と記することもある)の半導体層120の上部面に多様な形態のホールによる多孔性構造が形成されている。本発明の1実施形態において、ホールの深さがN型半導体層120の厚さより小さいこと(図1参照)、同一であること(図2参照)、及び/又は、N型半導体層120の厚さよりホールの深さが大きいのでP型シリコン基板100の上部面にも多孔性構造が形成されることができる(図3参照)。本発明のこのような多孔性構造の厚さは、前記P型シリコン基板100の全体厚さの0.5%〜50%に至る範囲で決めることができるが、これに制限されない。また、前記孔の断面形状は多様な形態に形成されることができ、2重、又は、3重、又はこれ以上の孔が重なった形態を有することもある。   1 to 6 are longitudinal sections schematically showing the structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention. 1 to 6, an N-type impurity semiconductor layer 120 formed on a silicon substrate 100 doped with a P-type semiconductor impurity (sometimes referred to as a P-type (silicon) substrate) is included. A solar cell is illustrated. In particular, the silicon solar cell of FIGS. 1 to 3 has a porous structure formed of various types of holes on the upper surface of the semiconductor layer 120 in an N-type impurity region (sometimes referred to as an N-type semiconductor layer). Yes. In one embodiment of the present invention, the hole depth is less than the thickness of the N-type semiconductor layer 120 (see FIG. 1), the same (see FIG. 2), and / or the thickness of the N-type semiconductor layer 120. Since the hole depth is larger than that, a porous structure can be formed on the upper surface of the P-type silicon substrate 100 (see FIG. 3). The thickness of such a porous structure of the present invention can be determined within a range of 0.5% to 50% of the total thickness of the P-type silicon substrate 100, but is not limited thereto. The cross-sectional shape of the hole may be formed in various forms, and may have a form in which double, triple, or more holes are overlapped.

一方、前記多孔性構造を成すN型半導体層120の気孔度(porosity)は、10%〜70%であることができる。ここで、気孔度とは、鏡面研磨処理された太陽電池用半導体ウエハー基板の重量Aを測定した後、これに本発明の多孔性構造を有するようにホールを形成する工程を経たウエハー基板の重量Bを測定して、前記最初ウエハー基板の重量Aに対する多孔性構造によって減少された重量A−Bの比を百分率で示すことである。また、前記多孔性構造に包含されるホールのサイズは、対角長さ又は直径のサイズは限定されないが、10nm〜10mm程度の範囲内で形成されることができる。   Meanwhile, the porosity of the N-type semiconductor layer 120 having the porous structure may be 10% to 70%. Here, the porosity refers to the weight of the wafer substrate that has undergone the step of forming a hole so as to have the porous structure of the present invention after measuring the weight A of the semiconductor wafer substrate for solar cells that has been mirror-polished. B is measured to indicate the ratio of the weight AB reduced by the porous structure to the weight A of the initial wafer substrate in percentage. Further, the size of the holes included in the porous structure is not limited to the diagonal length or the size of the diameter, but may be formed within a range of about 10 nm to 10 mm.

また、前記のようにホールの深さも10nm〜10mmに形成することができる。   Further, as described above, the depth of the hole can also be formed to 10 nm to 10 mm.

このような多孔性構造を有するシリコンウエハー基板100は、太陽光波長範囲の全領域において、均一に1%〜5%間の低い反射率を有することによって、太陽電池の効率を向上させる効果がある。しかし、このような多孔性構造は、その構造の特性上、大気と接触する表面積の増加を起こし、これによって全体欠陥の中で表面欠陥が占める比率が高まるようになる。   The silicon wafer substrate 100 having such a porous structure has an effect of improving the efficiency of the solar cell by uniformly having a low reflectance between 1% and 5% in the entire solar wavelength range. . However, such a porous structure causes an increase in the surface area in contact with the atmosphere due to the characteristics of the structure, thereby increasing the ratio of surface defects to the total defects.

したがって、太陽電池の効率をさらに高めるためには、多孔性構造を有するシリコン基板100において、大気と接触する表面の欠陥を最少化させるべきであるが、図5のように本発明の多孔性半導体ウエハー基板は、多孔性構造の表面にパッシべーション層180をさらに形成することによって前記目的を達成することができる。詳細なパッシべーション層180の説明は該当図面を参照して後述する。   Therefore, in order to further increase the efficiency of the solar cell, surface defects that come into contact with the atmosphere should be minimized in the silicon substrate 100 having a porous structure, but the porous semiconductor of the present invention as shown in FIG. The wafer substrate can achieve the object by further forming a passivation layer 180 on the surface of the porous structure. A detailed description of the passivation layer 180 will be described later with reference to the corresponding drawings.

一方、本発明の他の実施形態による太陽電池は、図4を参照して説明する。図4は、N型半導体層120の上部面の所定部分に上部電極140を設けて前記上部電極が設けられた部分を除く残りの部分を多孔性構造に形成した太陽電池を図示している。   Meanwhile, a solar cell according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 illustrates a solar cell in which an upper electrode 140 is provided on a predetermined portion of the upper surface of the N-type semiconductor layer 120, and the remaining portion excluding the portion provided with the upper electrode is formed in a porous structure.

また、図5に図示されたように、本発明の又他の実施形態によるシリコン太陽電池は、P型シリコン基板100とN型半導体層120との間にP型不純物が高濃度でドーピングされたP+型半導体層160を包含している。前記P+型半導体層160にドーピングされるP型不純物の濃度はP型シリコン基板100にドーピングされるP型不純物の濃度と比べて相対的に高濃度であることを要する。その高濃度のレベルは、特定の濃度で制限されないが、P型シリコン基板100の不純物濃度の10倍〜100倍の高濃度であることができる。好ましくは、高濃度にドーピングされるP+型半導体層100のドーピング濃度は1017cm−3〜1019cm−3であることができる。 In addition, as illustrated in FIG. 5, in the silicon solar cell according to another embodiment of the present invention, a P-type impurity is doped at a high concentration between the P-type silicon substrate 100 and the N-type semiconductor layer 120. A P + type semiconductor layer 160 is included. The concentration of the P-type impurity doped in the P + type semiconductor layer 160 needs to be relatively higher than the concentration of the P-type impurity doped in the P-type silicon substrate 100. The high concentration level is not limited to a specific concentration, but can be 10 to 100 times higher than the impurity concentration of the P-type silicon substrate 100. Preferably, the doping concentration of the heavily doped P + type semiconductor layer 100 may be 10 17 cm −3 to 10 19 cm −3 .

また、P+型半導体層160の上部に設けられるN型不純物領域の半導体層にドーピングされるN+型不純物のドーピング濃度もやはりP+型半導体層160のドーピング濃度レベルの高濃度であることができる。   Further, the doping concentration of the N + type impurity doped in the semiconductor layer of the N type impurity region provided on the P + type semiconductor layer 160 may also be a high concentration of the doping concentration level of the P + type semiconductor layer 160.

図5のシリコン太陽電池は、また、N型半導体層120上部の多孔性構造の表面にP型シリコン基板100を不動態化させるパッシべーション層180を形成することができる。前記パッシベーション層の代わりに、反射防止膜を形成することもできる。   The silicon solar cell of FIG. 5 can also form a passivation layer 180 for passivating the P-type silicon substrate 100 on the surface of the porous structure above the N-type semiconductor layer 120. An antireflection film may be formed instead of the passivation layer.

これを具体的に説明すると、安定した物質からなるパッシべーション層180がシリコンウエハー基板100とN型半導体層120の表面を保護して不動態化させ、これによって表面欠陥を減少させることによって、太陽電池の効率をさらに向上させる。このため、パッシべーション層180は、大気と接触して化学反応を起こすことのない安定した物質にすることが好ましく、前記安定した物質は例えば、シリコン酸化物(SiO)を挙げることができる。また、パッシべーション層180は、入射する太陽光の反射を防止する反射防止膜(AR)としての機能も果すことができる。即ち、大気を通過して太陽電池に入射される太陽光は、パッシべーション層180を経てシリコンウエハー基板100に吸収されて電気エネルギーに変換されるメカニズムである。ここで、パッシべーション層180の屈折率を大気の屈折率とシリコンウエハー基板100の屈折率との中間の値にするとき、入射する太陽光の反射が最少化されることになり、大部分の太陽光がパッシべーション層180を経てシリコンウエハー基板100に吸収されるようになる。 Specifically, the passivation layer 180 made of a stable material protects and passivations the surfaces of the silicon wafer substrate 100 and the N-type semiconductor layer 120, thereby reducing surface defects. Further improve the efficiency of the solar cell. Therefore, the passivation layer 180 is preferably made of a stable material that does not cause a chemical reaction when in contact with the atmosphere, and the stable material may be, for example, silicon oxide (SiO x ). . In addition, the passivation layer 180 can also function as an antireflection film (AR) that prevents reflection of incident sunlight. That is, sunlight that passes through the atmosphere and enters the solar cell is a mechanism that is absorbed by the silicon wafer substrate 100 through the passivation layer 180 and converted into electrical energy. Here, when the refractive index of the passivation layer 180 is set to an intermediate value between the refractive index of the atmosphere and the refractive index of the silicon wafer substrate 100, the reflection of the incident sunlight is minimized. Sunlight is absorbed by the silicon wafer substrate 100 through the passivation layer 180.

したがって、このような機能を同時に得るためには、パッシべーション層180は大気の屈折率(n=1.0)と、シリコンの屈折率(n=3.8)との中間の屈折率を有する物質にすることが好ましい。例えば、1.7〜2.2の屈折率を有するシリコン酸化物(SiO)を使用してパッシべーション層を形成する場合、入射する太陽光の反射が最少化されるので太陽電池の光電変換効率を高めることができるようになる。 Therefore, in order to obtain such a function at the same time, the passivation layer 180 has an intermediate refractive index between the refractive index of the atmosphere (n = 1.0) and the refractive index of silicon (n = 3.8). It is preferable to make it a substance. For example, when the passivation layer is formed using silicon oxide (SiO x ) having a refractive index of 1.7 to 2.2, the reflection of incident sunlight is minimized, so Conversion efficiency can be increased.

図6は、他の実施形態による本発明の太陽電池であって、P型シリコン基板100上にP型不純物が高濃度にドーピングされたP+型半導体層160と、高濃度にドーピングされたN型半導体層120を形成し、前記N型半導体層120の上面の中、上部電極140が設けられた部分を除く残りの部分にパッシべーション層180が形成された太陽電池の模式図である。本発明において、前記P+型半導体層160は、多孔性シリコン層であることができ、P型シリコン基板100は、多結晶シリコンウエハーを利用して製造することができるが、必ずしもこれに限定されるのではなく、太陽電池の多様な用途の種類に合せて使用される公知の基板であることができる。   FIG. 6 shows a solar cell according to another embodiment of the present invention, in which a P + type semiconductor layer 160 doped with a high concentration of P type impurities on a P type silicon substrate 100 and an N type doped with a high concentration. FIG. 2 is a schematic view of a solar cell in which a semiconductor layer 120 is formed and a passivation layer 180 is formed on the remaining portion of the upper surface of the N-type semiconductor layer 120 except a portion where an upper electrode 140 is provided. In the present invention, the P + type semiconductor layer 160 may be a porous silicon layer, and the P type silicon substrate 100 may be manufactured using a polycrystalline silicon wafer, but is not necessarily limited thereto. Instead, it may be a known substrate used in accordance with various types of solar cells.

本発明において、前記P型シリコン基板100の下部には、裏面電極をさらに設けることができ、前記裏面電極は伝導性の物質を包含することができる。特に、導電性金属元素を包含することができるが、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、白金(Pt)などの金属元素の群から選択されるいずれか1つ以上の物質であれば良い。   In the present invention, a back electrode may be further provided under the P-type silicon substrate 100, and the back electrode may include a conductive material. In particular, a conductive metal element can be included, but any one or more substances selected from the group of metal elements such as aluminum (Al), silver (Ag), and platinum (Pt) may be used.

図7は、本発明の1実施形態による太陽電池の表面を電子顕微鏡で観察した断面図であって、これを参照するとき、従来のテクスチャーされた太陽電池基板と異なりウエハー表面の所定の深さまで複数個のホールによって構成された多孔性組織を確認することができる。本発明の1実施形態による太陽電池用ウエハー基板の表面から一定の厚さまでに形成される多孔性構造の前記厚さは特に制限されないが、前記多孔性構造はウエハー基板の全体厚さの0.5%〜50%までに至る範囲で形成することができる。   FIG. 7 is a cross-sectional view of the surface of a solar cell according to an embodiment of the present invention observed with an electron microscope. When referring to this, unlike a conventional textured solar cell substrate, a predetermined depth of the wafer surface is shown. A porous structure composed of a plurality of holes can be confirmed. The thickness of the porous structure formed from the surface of the wafer substrate for solar cells to a certain thickness according to an embodiment of the present invention is not particularly limited, but the porous structure is 0. 0 of the total thickness of the wafer substrate. It can be formed in a range from 5% to 50%.

図7を参照して分るように、多孔性構造を成すホールの断面形状は、それぞれ異なることができ、また、2重又は3重以上のホールが重なる形態を有することができ、内部ホールの面が滑状であるか、又は粗状であることのできる多様な形態を成す。この実施形態において、ウエハー表面の多孔性構造を成す層の気孔度は、10%〜70%程度であることができる。因に図7に示した本発明の1実施形態による多孔性構造の太陽電池ウエハー基板の気孔度は50%である。   As can be seen with reference to FIG. 7, the cross-sectional shapes of the holes forming the porous structure can be different from each other, and can have a form in which two or three or more holes overlap each other. It takes various forms where the surface can be smooth or rough. In this embodiment, the porosity of the layer forming the porous structure on the wafer surface may be about 10% to 70%. Incidentally, the porosity of the solar cell wafer substrate having a porous structure according to one embodiment of the present invention shown in FIG. 7 is 50%.

前記気孔度などのような物理量は従来のピラミッド形態のテキスチャー工程による太陽電池基板においては求めることのできない値である。従来のテクスチャーされた基板は表面部がピラミッド形態の断面に切削されたものであり、このようなピラミッド形態のそれぞれの面は滑らかな面であってなんらのホール又は気孔が存在する形態ではないためである。したがって、従来技術のテクスチャー技法は、ウエハー基板の有効面積を増大させ太陽光の集光効率を高めるべく誘導する側面があるのに対して、本発明の多孔性構造は多数のホールが基板の表面に存在することにより、基板の有効面積をより格段に増加させることは勿論、入射光を2回以上、内部反射される経路へ誘導することによって、光が外部に漏れなく、より効率的に使用させるようにする原理である。このような原理は以下でさらに具体的に説明する。   The physical quantity such as the porosity is a value that cannot be obtained in a conventional solar cell substrate using a pyramidal texture process. A conventional textured substrate has a surface cut into a pyramid-shaped cross section, and each surface of such a pyramid shape is a smooth surface and does not have any holes or pores. It is. Thus, while the prior art texture technique has a side that leads to increase the effective area of the wafer substrate and increase the sunlight collection efficiency, the porous structure of the present invention has a large number of holes on the surface of the substrate. In addition to significantly increasing the effective area of the substrate, the incident light is guided to the internally reflected path more than once, so that the light can be used more efficiently without leaking outside. This is the principle of making it happen. Such a principle will be described in more detail below.

図8〜図10は、本発明の多様な実施形態による太陽電池の表面を上部から電子顕微鏡で観察した平面図である。これらの図面を参照して分るように、基板表面の多孔性構造の平面形状は多様に形成されることができ、特別な形態に制限されない。ただ、その形態に従って多角形、円形、不定形に分類することができる。図8は、内角に直角を有する多角形として四角形を包含する形態である。図9は円形及びこれと類似する形態である。図10は、四角形と円形の中間の模様として内角が直角ではない多角形の形態である。   8 to 10 are plan views of the surface of the solar cell according to various embodiments of the present invention observed from above with an electron microscope. As can be seen with reference to these drawings, the planar shape of the porous structure on the substrate surface can be variously formed and is not limited to a special form. However, it can be classified into polygons, circles, and irregular shapes according to the form. FIG. 8 is a form including a quadrangle as a polygon having a right angle in the inner angle. FIG. 9 shows a circular shape and a similar form. FIG. 10 shows a polygonal shape in which the inner angle is not a right angle as an intermediate pattern between a square and a circle.

しかし、本発明の多孔性構造を有するN型半導体層の表面に形成されるホールの形状は必ずしも図8〜図10に図示された形態に限定することは難しく、特定の模様に定義することが難しいため、正確な形態の前記図形のみならず、これと類似する形態は全部ホールの形状に包含されると理解されるべきである。図8〜図10に図示されたホールのサイズは、対角又は直径のサイズが限定されないが、10nm〜10mm程度の範囲内で形成されることができる。   However, it is difficult to limit the shape of the hole formed on the surface of the N-type semiconductor layer having the porous structure of the present invention to the form shown in FIGS. Since it is difficult, it should be understood that not only the accurate shape of the figure but also the similar shape are all included in the shape of the hole. The size of the holes illustrated in FIGS. 8 to 10 is not limited to the size of the diagonal or diameter, but may be formed within a range of about 10 nm to 10 mm.

これらのホールのサイズは、ウエハー基板にホールを形成するための湿式化学反応、乾式化学反応、電気化学的反応、及び/又は、機械的加工方法などの工程変数の制御を通じて得ることができる。前記工程変数は各種反応の温度、ガス雰囲気の種類、ガスの圧力、ガス量、反応物質、反応時間などの変数がこれに該当される。   The size of these holes can be obtained through control of process variables such as wet chemical reaction, dry chemical reaction, electrochemical reaction, and / or mechanical processing method for forming holes in the wafer substrate. The process variables correspond to variables such as various reaction temperatures, gas atmosphere types, gas pressures, gas amounts, reactants, and reaction times.

本発明の1実施形態による多孔性構造のウエハー基板に存在する多様なホールの形状を構造的な観点でより具体的に図示すると、図11の模式図のようである。図11は、本発明の1実施形態による太陽電池の多孔性構造を成すホールの縦断面形状の一例である。図11を参照するとき、本発明の太陽電池の縦断面形状はホールの下部がウエハーと合う位置の角度、即ち、ホールの最下部の基底点とが成す面とホールの側面が成す角度が0°〜135°と多様な形状であることを確認することができる。   FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the shapes of various holes existing in the wafer substrate having a porous structure according to an embodiment of the present invention from a structural viewpoint. FIG. 11 is an example of a vertical cross-sectional shape of a hole forming a porous structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, the vertical cross-sectional shape of the solar cell of the present invention is such that the angle at which the lower part of the hole meets the wafer, that is, the angle between the plane formed by the bottom base point of the hole and the side of the hole is 0 It can be confirmed that they have various shapes ranging from ° to 135 °.

例えば、(a)形態のホールの場合、その角度は80°〜90°であり、全体的にホールの入口と内部のサイズが均一に形成される多角柱又は円柱形態である。(b)形態のホールの場合、その角度は60°未満であり、ホールの入口の方向に上がるほど、急速に角度が増加して80°〜90°を形成する鉛筆芯形態である。(c)形態のホールの場合、その角度は60°以下であり、ホールの入口方向に上がるほど、漸次角度が増加して80°〜90°を形成する試験管形態である。(d)形態のホールの場合、その角度は80°〜90°であり、ホールの入口方向に上がるほど、漸次角度が減少してホールの入口サイズが増加する水コップ形態である。(e)形態のホールの場合、その角度は90°〜135°であり、ホールの入口方向へ上がるほど、漸次角度が増加してホールの入口サイズが減少する水瓶形態である。(f)形態のホールの場合、その角度は60°未満であり、ホールの中間部から入口までに至る一定部分において急激に角度が90°超過、135°未満に増加するダイヤモンド形態を示している。   For example, in the case of the hole of the form (a), the angle is 80 ° to 90 °, and the shape is a polygonal column or a columnar shape in which the hole entrance and the inside size are formed uniformly. In the case of the hole in the form (b), the angle is less than 60 °, and the angle increases rapidly in the direction of the entrance of the hole to form a pencil lead shape that forms 80 ° to 90 °. In the case of the hole in the form (c), the angle is 60 ° or less, and the angle increases gradually toward the entrance of the hole to form a test tube form in which 80 ° to 90 ° is formed. In the case of the hole in the form (d), the angle is 80 ° to 90 °, and it is a water cup shape in which the angle gradually decreases and the hole entrance size increases as it goes in the hole entrance direction. In the case of the (e) -shaped hole, the angle is 90 ° to 135 °, and the angle increases gradually toward the entrance of the hole, and the size of the entrance of the hole decreases. In the case of the hole of the form (f), the angle is less than 60 °, and a diamond shape in which the angle suddenly increases to more than 90 ° and less than 135 ° in a certain portion from the middle part of the hole to the entrance is shown. .

ホールの幅は、前記一例で図示した形態のホールにおいて、最も大きい幅を測定することができ、これは前記ホールのサイズと同様な概念になることができる。   As for the width of the hole, the largest width can be measured in the hole shown in the above example, and this can be the same concept as the size of the hole.

したがって、10nm〜10mmであることができる。ホールの深さは、特に制限されないが10nm〜10mmであることができ、単層のホールだけでなく、2重又は3重以上の層を形成するホールで構成されることもできる。   Therefore, it can be 10 nm to 10 mm. The depth of the hole is not particularly limited, but may be 10 nm to 10 mm, and may be constituted by not only a single layer hole but also a hole forming a double layer or a triple layer or more.

ウエハー基板の表面に多孔性構造を形成するホールの形状は、前記のような形態及び/又は不定形形態の集合であることができ、規則的に1種だけのホールで構成されることもできる。ホールの内壁又は外壁の模様は、ホールのサイズ及び隣接するホールとの間の間隔によって決り、これは工程変数の制御を通じて得ることができる。   The shape of the holes forming the porous structure on the surface of the wafer substrate may be a set of the above-described forms and / or irregular shapes, and may be configured by only one kind of holes regularly. . The pattern of the inner or outer wall of the hole depends on the size of the hole and the spacing between adjacent holes, which can be obtained through control of process variables.

図11に模式的に図示された本発明の1実施形態による太陽電池基板の表面の多孔性構造を形成するホールの縦断面形状を、実際の実験で観察した電子顕微鏡写真は、図12及び図13に表示した。図12は、前記図11の(c)に該当する試験管形態のホールである。図13は、前記図11の(b)に該当する鉛筆芯形態又は(f)に該当するダイヤモンド形態のホールであることを確認することができる。   Electron micrographs obtained by actually observing the longitudinal sectional shape of the holes forming the porous structure of the surface of the solar cell substrate according to the embodiment of the present invention schematically shown in FIG. 11 are shown in FIGS. 13. FIG. 12 shows a test tube type hole corresponding to FIG. FIG. 13 can be confirmed to be a pencil-shaped hole corresponding to (b) of FIG. 11 or a diamond-shaped hole corresponding to (f).

図12及び図13は、試験管又は鉛筆芯(又はダイヤモンド)形態のホールだけで一定のパターンに形成された場合であるが、必ずしもこのような形態に限定されるのではなく、多様な縦断面形状を有するホールの集合によって多孔性構造を形成することができる。   FIG. 12 and FIG. 13 show a case where a hole is formed in a test tube or pencil lead (or diamond) shape, but is not necessarily limited to such a shape. A porous structure can be formed by an assembly of holes having a shape.

上述したいろいろな形態のホールを含むシリコンウエハー基板の表面構造物において、特に基底点を包含する面とホールの側面とが成す角度が45°である場合、全ての入射光が2回反射される経路を有し、60°である場合、全ての入射光が3回反射される経路を有する。したがって、このようなホールで形成される多孔性構造においては少なくとも2回以上、入射光が表面構造の内部で反射されながら進行する経路を有するので、1度入射した光が外部に漏れることが難しい構造になる。   In the above-described surface structure of a silicon wafer substrate including various types of holes, particularly when the angle formed by the surface including the base point and the side surface of the hole is 45 °, all incident light is reflected twice. If it has a path and is 60 °, it has a path where all incident light is reflected three times. Therefore, in the porous structure formed of such holes, since the incident light travels at least twice or more while being reflected inside the surface structure, it is difficult for the incident light to leak outside. Become a structure.

つまるところ、本発明の技術思想は、ウエハー表面に光の通過経路を延長し、これによってシリコン構造物に伝達される光の量を大きくする形態のホールが形成された多孔性構造を有するようにして太陽電池の光効率を高める原理である。   In other words, the technical idea of the present invention is to have a porous structure in which holes are formed in the form of extending the light passage path on the wafer surface and thereby increasing the amount of light transmitted to the silicon structure. This is the principle of increasing the light efficiency of the solar cell.

次いで、本発明の技術的特徴は、バルク型太陽電池において、シリコンウエハー基板として、単結晶シリコンウエハー基板、又は、多結晶シリコンウエハー基板に適用できるが、特に、単結晶シリコンウエハー基板にホールを形成して多孔性構造を有するようにする場合、これらの太陽電池は、X線回折(XRD:X−ray diffraction)パターンを利用する結晶分析結果であって、単結晶シリコンウエハーを使用する太陽電池であるにも関らず、100、400及び111結晶面の特性及び関連情報(以下、「特性」と略記する。)以外の結晶面を有することを特徴とする。即ち、従来の単結晶シリコンウエハーの場合、通常的に100及び111結晶面を有するウエハーをピラミッド型テクスチャーの原料基板として使用する。100結晶面は、解釈によっては400結晶面としても解釈することができるので、同じ構造の結晶面の特性として認識することが一般的である。従来の100結晶面を有するシリコンウエハーを利用する太陽電池において、ピラミッド型テクスチャーの結果として表面に現れる面は111面であり、XRDパターンを利用する結晶分析結果は、全体の体積を占める原料ウエハーの結晶特性である100〜400面の解析結果を得ることになる。   Next, the technical features of the present invention can be applied to a single crystal silicon wafer substrate or a polycrystalline silicon wafer substrate as a silicon wafer substrate in a bulk type solar cell. In particular, holes are formed in the single crystal silicon wafer substrate. In order to have a porous structure, these solar cells are crystal analysis results using an X-ray diffraction (XRD) pattern, and are solar cells using a single crystal silicon wafer. In spite of the fact, it has crystal faces other than the characteristics of crystal faces 100, 400 and 111 and related information (hereinafter abbreviated as “characteristics”). That is, in the case of a conventional single crystal silicon wafer, a wafer having 100 and 111 crystal planes is usually used as a raw material substrate for a pyramidal texture. Since the 100 crystal plane can be interpreted as a 400 crystal plane depending on interpretation, it is generally recognized as a characteristic of a crystal plane having the same structure. In the conventional solar cell using a silicon wafer having 100 crystal planes, the surface appearing on the surface as a result of the pyramid texture is 111 planes, and the crystal analysis result using the XRD pattern is that of the raw material wafer occupying the entire volume. An analysis result of 100 to 400 planes which are crystal characteristics is obtained.

しかし、本発明の1実施形態による多孔性表面を有する半導体ウエハー基板を利用するバルク型太陽電池は、多孔性構造から起因する非常に高い角度を有した部分の影響によって通常の単結晶ウエハー基板を使用する太陽電池では見られない、220、311、400、331、422、511、531、320、533結晶面の特性を有する。さらに、本発明の多孔性構造を有する太陽電池の結晶学的観点における特徴は、前記一般的な従来の単結晶シリコンウエハー基板においては見られない、220、311、400、331、422、511、531、320、533結晶面の特性を有することであると云える。本発明による1つの太陽電池において、ホールの形状を、それぞれ異にすることができるため、前記のように多数個の結晶面の特性を備えるようにすることができる。シリコン(Si)の結晶面の特性は、JCPDS cardから提供するデータを基礎にすることができる。   However, a bulk type solar cell using a semiconductor wafer substrate having a porous surface according to an embodiment of the present invention has a normal single crystal wafer substrate due to the influence of a portion having a very high angle resulting from the porous structure. It has the characteristics of 220, 311, 400, 331, 422, 511, 531, 320, and 533 crystal planes that are not found in the solar cell used. Further, the characteristics in the crystallographic viewpoint of the solar cell having the porous structure of the present invention are not found in the general conventional single crystal silicon wafer substrate, 220, 311, 400, 331, 422, 511, It can be said that it has the characteristics of the 531, 320, 533 crystal plane. In one solar cell according to the present invention, since the hole shapes can be made different from each other, the characteristics of a large number of crystal planes can be provided as described above. The crystal plane characteristics of silicon (Si) can be based on data provided by JCPDS card.

本発明の多孔性表面を有する太陽電池の1実施形態は、従来の太陽電池で使用される反射防止膜(AR)層が無くても反射を防止する効果が卓越していることを特徴としているが、多孔性構造を基板の表面に形成した後、追加的に反射防止膜をその上に形成することもできる。   One embodiment of a solar cell having a porous surface according to the present invention is characterized in that the effect of preventing reflection is excellent even without an antireflection film (AR) layer used in conventional solar cells. However, after the porous structure is formed on the surface of the substrate, an antireflection film can be additionally formed thereon.

その場合、入射した太陽光の反射率をさらに低めることが期待される。鏡面研磨処理されたウエハー表面は、太陽光(波長300〜1100nm範囲)の平均30〜50%程度を反射し、従来の太陽電池に適用されたピラミッド型テクスチャーの場合、平均10〜20%程度を反射する。   In that case, it is expected to further reduce the reflectance of incident sunlight. The mirror-polished wafer surface reflects an average of about 30 to 50% of sunlight (wavelength range of 300 to 1100 nm), and an average of about 10 to 20% in the case of a pyramidal texture applied to a conventional solar cell. reflect.

したがって、反射防止膜を利用して光反射率をさらに低めようと努力しているが、本発明は、このようなピラミッド型テクスチャー工程や、反射防止膜の蒸着工程を削除しても基板表面の反射率を顕著に低下させることができるメリットがある。   Therefore, although an effort is made to further reduce the light reflectance by using an antireflection film, the present invention eliminates the pyramid texture process and the deposition process of the antireflection film even if the substrate surface is removed. There is an advantage that the reflectance can be remarkably lowered.

図14は多様な方式によって太陽電池用シリコンウエハー基板を表面処理した太陽電池の実際における反射度を測定した結果のグラフ図である。   FIG. 14 is a graph showing the result of measuring the actual reflectivity of a solar cell obtained by surface-treating a silicon wafer substrate for solar cell by various methods.

図14を参照するとき、太陽光波長300nm〜1100nmの範囲で初期鏡面研磨処理されたウエハー(a)は、30%〜70%の範囲に至る非常に高い反射度を示しているが、従来の太陽電池用処理方式であるテクスチャーされた後のウエハー(b)は、反射率が10%〜30%程度に激減していることを確認することができる。   Referring to FIG. 14, the wafer (a) that has been subjected to the initial specular polishing treatment in the sunlight wavelength range of 300 nm to 1100 nm shows a very high reflectance ranging from 30% to 70%. It can be confirmed that the wafer (b) after being textured, which is a processing method for solar cells, has a sharp decrease in reflectivity to about 10% to 30%.

また、従来の太陽電池において使用される反射防止膜(AR)を適用した太陽電池(c)は、10%以下の水準に反射量がさらに減少していることを確認することができる。しかし、太陽電池(c)の場合にも太陽光波長範囲の低い波長領域、即ち、300nm〜400nmにおいては、15%以上の比較的に高い反射率を有するので、全ての太陽光波長領域において均一に反射率が低くなるのではないことを確認することができる。   Moreover, the solar cell (c) to which the antireflection film (AR) used in the conventional solar cell is applied can confirm that the amount of reflection is further reduced to a level of 10% or less. However, even in the case of the solar cell (c), it has a relatively high reflectance of 15% or more in a wavelength region having a low sunlight wavelength range, that is, 300 nm to 400 nm, so that it is uniform in all sunlight wavelength regions. It can be confirmed that the reflectance is not lowered.

しかし、本発明の多孔性構造を有するウエハー基板を利用する太陽電池(d)においては、反射防止膜を利用しない状態においても太陽光波長範囲の全領域において均一に1%〜5%間の低い反射率を有していることを確認することができる。   However, in the solar cell (d) using the wafer substrate having the porous structure of the present invention, even in a state where the antireflection film is not used, it is as low as 1% to 5% uniformly in the entire solar wavelength range. It can be confirmed that it has a reflectance.

しかし、本発明は、別途の工程を必要とする反射防止膜を形成しない太陽電池に限定するものではなく、多孔性構造によって反射率を激減させた構造の上にさらに反射防止膜まで形成して入射光の反射量を極小化させた太陽電池を包含することができる。本発明の低い反射率具現の効果によって真空蒸着装備を使用する反射防止膜の形成段階が従来の太陽電池製造工程から除去されるか、又は、縮小されることもできるので、工程上のコストダウンと、これを通じて太陽電池の製造単価を低めて生産における競争力を有することができる。   However, the present invention is not limited to a solar cell that does not form an antireflection film that requires a separate process, and an antireflection film is further formed on a structure in which the reflectance is drastically reduced by a porous structure. A solar cell in which the amount of reflection of incident light is minimized can be included. Due to the low reflectivity implementation effect of the present invention, the process of forming an antireflection film using vacuum deposition equipment can be eliminated or reduced from the conventional solar cell manufacturing process, thereby reducing process costs. Through this, the manufacturing unit price of the solar cell can be lowered to have a competitiveness in production.

本発明の1実施形態による太陽電池の製造方法において、多孔性形態の表面は、湿式化学反応、乾式化学反応、湿式電気化学的反応、及び/又は機械的加工方法などによって得ることを特徴としている。湿式化学反応と湿式電気化学反応の場合、フッ酸(HF)、窒酸(HNO)、酢酸(CHCOOH)と同様な酸をシリコンウエハーとの主要反応物質として使用する。反応物質は、前記酸の混合を使用することもできる。特に、最終化学反応のための湿式溶液は、前記の酸及び混合酸をアセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ホルムアミド、ジエチルスルホキシド、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ジメチルアセトアミド、水、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールの溶液の中の1〜4溶液による混合溶液に希釈して使用することができる。 In the method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, the porous surface is obtained by a wet chemical reaction, a dry chemical reaction, a wet electrochemical reaction, and / or a mechanical processing method. . In the case of wet chemical reaction and wet electrochemical reaction, an acid similar to hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3 ), and acetic acid (CH 3 COOH) is used as the main reactant with the silicon wafer. As the reactant, a mixture of the above-mentioned acids can be used. In particular, the wet solution for the final chemical reaction is a solution of the above acid and mixed acid in acetonitrile, dimethylformamide, formamide, diethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric triamide, dimethylacetamide, water, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol. It can be used by diluting into a mixed solution of 1 to 4 of

本発明の1実施形態によって製造される多孔性太陽電池は、従来の結晶質シリコン太陽電池として知られている拡散によるエミッタ形成としてPN接合で構成される太陽電池に適用されることを特徴とする。前記の多孔性表面を有する太陽電池は、従来の異種接合(ヘテロ接合)太陽電池として知られている薄膜蒸着法によってウエハーと反対極性の水素化非晶質シリコン系物質を蒸着してPN接合で構成される太陽電池に利用されることを特徴とする。本発明の多孔性太陽電池の製造工程は、従来の異種接合太陽電池の製造工程の中のいずれの段階においても利用することができるので、多孔性構造を形成する工程段階は限定する必要がない。   A porous solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention is applied to a solar cell configured by a PN junction as an emitter formation by diffusion known as a conventional crystalline silicon solar cell. . The solar cell having the porous surface is formed by depositing a hydrogenated amorphous silicon material having a polarity opposite to that of the wafer by a thin film deposition method known as a conventional heterojunction solar cell. It is used for the solar cell comprised. Since the manufacturing process of the porous solar cell of the present invention can be used at any stage in the manufacturing process of the conventional heterojunction solar cell, it is not necessary to limit the process steps for forming the porous structure. .

図15〜図17と、図18〜図23、及び図24〜図28は、本発明の1実施形態による太陽電池の製造過程のそれぞれに対応する縦断面の模式図である。前記太陽電池の製造工程は、単なる1実施形態であり、必ずしもこの順序に限定するものではない。前記本発明の太陽電池による製造方法の各段階は、連続的であるか、断続的であることができる。即ち、各工程段階が連続動作で進行されることもできるが、各段階が工程別に分離されて進行されることもでき、各段階に他の工程をさらに追加して進行することもできる。   FIGS. 15 to 17, FIGS. 18 to 23, and FIGS. 24 to 28 are schematic views of longitudinal sections corresponding to respective processes of manufacturing a solar cell according to one embodiment of the present invention. The manufacturing process of the solar cell is merely one embodiment and is not necessarily limited to this order. Each step of the manufacturing method using the solar cell according to the present invention may be continuous or intermittent. That is, each process step can be performed in a continuous operation, but each step can be performed separately for each process, and another process can be further added to each step.

図15〜図17は、本発明の太陽電池の製造工程の1実施形態である。先ず、P型シリコン基板100の上部層に形成されたN型不純物を高濃度でドーピングしてN型不純物領域の半導体層120を形成する(図15参照)。   15-17 is one Embodiment of the manufacturing process of the solar cell of this invention. First, the N-type impurity formed in the upper layer of the P-type silicon substrate 100 is doped at a high concentration to form the semiconductor layer 120 in the N-type impurity region (see FIG. 15).

本発明において、前記高濃度のN型不純物は15族元素の中いずれか1つであると良いが、リン(P)を使用することが好ましい。前記高濃度のN型不純物をドーピングする方法は、高温の炉内にP型シリコン基板を置いてN型不純物を包含するガスを注入する方法を利用することができるが、このとき、前記炉の温度は800〜900℃であることが好ましいが、必ずこれに限定するものではない。前記高濃度のN型不純物を包含するガスは、オキシ塩化リン(POCl)であることができる。 In the present invention, the high-concentration N-type impurity may be any one of group 15 elements, but it is preferable to use phosphorus (P). As a method of doping the high-concentration N-type impurity, a method of placing a P-type silicon substrate in a high-temperature furnace and injecting a gas containing the N-type impurity can be used. The temperature is preferably 800 to 900 ° C., but is not necessarily limited thereto. The gas including the high concentration N-type impurity may be phosphorus oxychloride (POCl 3 ).

前記のN型不純物半導体層120を形成するための不純物の導入方法は、前記オキシ塩化リン(POCl)拡散法の他にもイオン注入法、熱拡散法など当業者に公知されている技術を使用することができる。 As a method for introducing impurities for forming the N-type impurity semiconductor layer 120, in addition to the phosphorus oxychloride (POCl 3 ) diffusion method, techniques known to those skilled in the art, such as an ion implantation method and a thermal diffusion method, are used. Can be used.

イオン注入法は、シリコンウエハー基板の中にホウ素(B)、ヒ素(As)、リン(P)などの13族又は15族元素を不純物として注入する方法である。もし、図15のように出発基板がP型シリコンウエハー基板100である場合、15族元素を不純物として注入してN型層120を形成し、出発基板がN型シリコンウエハー基板である場合、13族元素を不純物として注入してP型層を形成してPN接合構造を形成する。   The ion implantation method is a method in which a group 13 or group 15 element such as boron (B), arsenic (As), or phosphorus (P) is implanted as an impurity into a silicon wafer substrate. If the starting substrate is a P-type silicon wafer substrate 100 as shown in FIG. 15, an N-type layer 120 is formed by implanting a group 15 element as an impurity, and if the starting substrate is an N-type silicon wafer substrate, 13 A PN junction structure is formed by implanting a group element as an impurity to form a P-type layer.

前記不純物の注入工程は、不純物の濃度制御、反応時間の制御などを通じて異種接合層の厚さ又は深さを制御することによって、PN接合素子の特性を多様に変化させることができる。   In the impurity implantation step, the characteristics of the PN junction element can be varied in various ways by controlling the thickness or depth of the heterogeneous junction layer through impurity concentration control, reaction time control, and the like.

不純物の種類は、出発基板の半導体タイプに従って、価電子帯(valence band)或はP型半導体層を作製するためのB、Ga、Inなどのようなアクセプターイオンであるか、或は、伝導帯とN型の半導体層を作製するためのSb、As、P、Biなどのようなドナー(donor)イオンであることができる。   Depending on the semiconductor type of the starting substrate, the impurity type may be an acceptor ion such as B, Ga, In or the like for producing a valence band or a P-type semiconductor layer, or a conductive ion. It can be a donor ion such as Sb, As, P, Bi, etc. for making a band and an N-type semiconductor layer.

イオン注入器は、一般的に3mA以上の電流を有する高電流と、その以下の中電流を使用することができる。   The ion implanter can use a high current generally having a current of 3 mA or more and a medium current less than that.

イオンの注入は、多様な方法によって不純物と異なる原子を半導体の表面付近の領域に投入させることを言うが、さらに浅い接合(shallow junction)、さらに低いプロセッシング温度、及び/又は、正確な調節などの必要のときに使用されている。また、イオンの注入過程は、不純物イオンの生成、5eVにおける1MeVの高いエネルギーへの加速、そして、半導体中への不純物の投入などのプロセスで構成される。注入されたイオンなどは、経路に沿って結晶の中に入り半導体の原子を交替させることに投入されるが、そのイオンが格子側の上に安定されるのではないため、アニーリング工程を通じて安定化させる工程を追加することもできる。   Ion implantation refers to the introduction of atoms different from impurities into a region near the surface of the semiconductor by various methods, such as a shallow junction, a lower processing temperature, and / or precise adjustment. Used when needed. The ion implantation process includes processes such as generation of impurity ions, acceleration to 1 MeV high energy at 5 eV, and introduction of impurities into the semiconductor. Implanted ions enter the crystal along the path and are injected to replace semiconductor atoms, but the ions are not stabilized on the lattice side, so they are stabilized through the annealing process. It is also possible to add a process to be performed.

次の工程として図16を参照すると、前記N型不純物領域の半導体層120の上部面に多様な形態のホールで構成された多孔性構造の表面を形成する。図16の多孔性構造のホールの深さは、N型半導体層120の厚さより小さく図示されているが、これに必ず限定するものではなく、また、多孔性構造の深さは図2と図3の図示と同様に、N型半導体層の厚さと同一であるか、又はさらに大きい場合もある。このような多孔性構造の表面を形成する方法は、湿式化学反応、乾式化学反応、湿式電気化学的反応、及び/又は、機械的加工方法などであって、前記の通りである。   Referring to FIG. 16 as the next step, the surface of the porous structure composed of various types of holes is formed on the upper surface of the semiconductor layer 120 in the N-type impurity region. The depth of the hole in the porous structure of FIG. 16 is smaller than the thickness of the N-type semiconductor layer 120, but is not necessarily limited to this, and the depth of the porous structure is as shown in FIGS. 3, the thickness of the N-type semiconductor layer may be the same as or larger than that of the N-type semiconductor layer. The method of forming the surface of such a porous structure is a wet chemical reaction, a dry chemical reaction, a wet electrochemical reaction, and / or a mechanical processing method, etc., as described above.

次いで、本発明の1実施形態による次の工程が図17に図示されている。これは前記N型半導体層120上部の多孔性構造の表面に基板を不動態化させるパッシべーション層180を形成することであって選択的に導入することができる。   Next, the next step according to an embodiment of the present invention is illustrated in FIG. This can be selectively introduced by forming a passivation layer 180 for passivating the substrate on the surface of the porous structure above the N-type semiconductor layer 120.

ただ、図示されていないが、N型半導体層120の上部に上部電極を形成する場合であれば、上部電極が形成された部分を除く残りの部分に多孔性構造が導入されるとともに、前記多孔性構造の表面にパッシべーション層180が形成される。   However, although not shown, in the case where an upper electrode is formed on the upper portion of the N-type semiconductor layer 120, a porous structure is introduced into the remaining portion excluding the portion where the upper electrode is formed, and the porous A passivation layer 180 is formed on the surface of the conductive structure.

以下、このようなパッシべーション層180をシリコン太陽電池の上部に形成する多様な実施形態を説明する。   Hereinafter, various embodiments in which the passivation layer 180 is formed on the silicon solar cell will be described.

第1実施例
第1実施例は、化学的反応法によって多孔性表面構造を製造する工程において多孔性表面に化学的にパッシべーション層180が形成されるようにする技術である。即ち、前記図16の工程を行い多孔性表面が生成されるとともに、パッシべーション層が形成されるようにする技術である。化学的反応法によって多孔性表面構造を製造するということは、固体であるシリコンウエハー基板と、気体間の反応、固体であるシリコン基板と、液体(溶液)間の反応、及び固体であるシリコンウエハー基板と、液体に電気エネルギーを加えて反応させる電気化学的反応などによって多孔性表面構造を生成させる方法を意味する。
First Embodiment The first embodiment is a technique for chemically forming a passivation layer 180 on the porous surface in the step of producing the porous surface structure by a chemical reaction method. That is, this is a technique in which the process of FIG. 16 is performed to generate a porous surface and to form a passivation layer. Manufacturing a porous surface structure by a chemical reaction method means a reaction between a solid silicon wafer substrate and a gas, a reaction between a solid silicon substrate and a liquid (solution), and a solid silicon wafer. It means a method of generating a porous surface structure by an electrochemical reaction in which electric energy is applied to a substrate to react with a substrate.

まず、PN接合を有するシリコン太陽電池を形成した後(図15)、PN接合が形成されたシリコンウエハー基板をフッ化水素(HF)が混合されている溶液に浸して電気エネルギーを加えて電気化学反応を進行させる。本発明は、前記電気化学反応において、下記のような化学式で表現される反応式が主反応(dominant reaction)になるように誘導することによって、図17に図示されたように、表面にシリコン酸化物からなるパッシべーション層180が形成されるようにする方法を利用する。   First, after forming a silicon solar cell having a PN junction (FIG. 15), the silicon wafer substrate on which the PN junction is formed is immersed in a solution mixed with hydrogen fluoride (HF), and electric energy is applied to perform electrochemistry. Allow the reaction to proceed. The present invention induces a reaction formula expressed by the following chemical formula to be a dominant reaction in the electrochemical reaction, and as shown in FIG. A method of forming a passivation layer 180 made of a material is used.

前記反応式中の式1によっては、太陽電池の上部に多孔性構造が形成され、式2によっては、多孔性構造の表面にシリコン酸化物(SiO)が形成されることによってパッシべーション層180が形成される。 According to Equation 1 in the reaction formula, a porous structure is formed on the top of the solar cell, and according to Equation 2, a passivation layer is formed by forming silicon oxide (SiO 2 ) on the surface of the porous structure. 180 is formed.

次いで、式3によっては、式2で形成されたシリコン酸化物(SiO)が除去される。このような式1、式2、及び式3で表現される反応が連続的に循環して起こることによってPN接合されたシリコンウエハー基板の上部に多孔性構造が形成されるようになり、このような反応を制御してシリコン酸化物(SiO)が生成される式2の反応式が最終的な反応になるように維持することによって図17と同様なパッシべーション層180を包含する太陽電池が形成されることができる。 Next, according to Equation 3, the silicon oxide (SiO 2 ) formed in Equation 2 is removed. A porous structure is formed on the upper part of the PN-bonded silicon wafer substrate due to the continuous circulation of the reactions expressed by Equations 1, 2, and 3. Solar cell including a passivation layer 180 similar to that of FIG. 17 by controlling the reaction to maintain the reaction of Formula 2 where silicon oxide (SiO 2 ) is generated as the final reaction. Can be formed.

本発明の1実施形態によっては、最後の過程として、図17に図示された太陽電池の最上部に上部電極を形成することもできる。前記電極の形成には、公知の印刷法を利用することができる。   In some embodiments of the present invention, the upper electrode may be formed on the top of the solar cell illustrated in FIG. 17 as the last step. A known printing method can be used to form the electrode.

シリコン酸化物は、化学反応などが容易に起らない非常に安定した物質であるため、パッシべーション層の組成物として非常に適合する。このようなパッシべーション層がシリコンウエハー基板の表面を不動態化させることで表面欠陥を最少化させることができ、これによって太陽電池の効率が向上されることができる。   Since silicon oxide is a very stable material that does not easily undergo chemical reaction or the like, it is very suitable as a composition for a passivation layer. Such a passivation layer can passivate the surface of the silicon wafer substrate, thereby minimizing surface defects, thereby improving the efficiency of the solar cell.

また、前述のように、シリコン酸化物の屈折率は、大気の屈折率とシリコンの屈折率との間の値であるため、入射される太陽光の反射を最少化して太陽電池の内部に多量の光が吸収されるようにすることによって、太陽電池の効率をさらに向上させることができる。   In addition, as described above, the refractive index of silicon oxide is a value between the refractive index of the atmosphere and the refractive index of silicon, so that the reflection of incident sunlight is minimized and a large amount is reflected inside the solar cell. The efficiency of the solar cell can be further improved by absorbing the light.

このようにして作製された太陽電池は、既存のパッシべーション層を有しない多孔性シリコン太陽電池に比べて5%〜15%の効率上昇の効果を有する。   The solar cell produced in this way has an effect of increasing efficiency by 5% to 15% compared to a porous silicon solar cell that does not have an existing passivation layer.

前記第1実施形態によるパッシべーション層が形成されたシリコン太陽電池は、前記のように電気エネルギーを加える電気化学的反応を利用して作製することもできるが、化学的反応を利用して作製することもできる。どの反応を利用しても前記化学式1で表現される反応などが起こるようにして、最終反応が式2で維持されるように制御することによって、パッシべーション層を有するシリコン太陽電池を得ることができる。   The silicon solar cell on which the passivation layer according to the first embodiment is formed can be manufactured using an electrochemical reaction that applies electric energy as described above, but is also manufactured using a chemical reaction. You can also A silicon solar cell having a passivation layer is obtained by controlling the final reaction to be maintained by the formula 2 by causing the reaction expressed by the chemical formula 1 to occur regardless of which reaction is used. Can do.

第2実施例
本発明の第2実施例によって、パッシべーション層を有する多孔性シリコン太陽電池を製造する過程を説明する。本実施例においては、熱酸化反応を利用してパッシべーション層を形成することである。熱酸化反応とは、常温より高い温度で起こる酸化反応を意味し、本実施形態によると、シリコンウエハー基板が常温より高い温度で酸素と高温反応することによってシリコン酸化物でなるパッシべーション層が形成される。このような熱酸化反応には、水蒸気状態で酸素成分を供給して酸化反応を誘導する湿式法、乾燥雰囲気で酸素を供給する乾式法がある。
Second Embodiment A process of manufacturing a porous silicon solar cell having a passivation layer will be described according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the passivation layer is formed using a thermal oxidation reaction. The thermal oxidation reaction means an oxidation reaction that occurs at a temperature higher than normal temperature. According to the present embodiment, the silicon wafer substrate reacts with oxygen at a temperature higher than normal temperature to cause a passivation layer made of silicon oxide. It is formed. Such a thermal oxidation reaction includes a wet method in which an oxygen component is supplied in a steam state to induce an oxidation reaction, and a dry method in which oxygen is supplied in a dry atmosphere.

本発明の1実施形態によると、先ず、PN接合されたシリコン太陽電池のN型半導体層上に上部電極を形成させる。前記上部電極は公知の印刷法を利用して形成されることができる。次いで、電極が形成されたシリコンウエハー基板をフッ化水素(HF)が混合されている溶液に浸して電気エネルギーを加えて電気化学反応を進行させるか、または、電気エネルギーを加えない化学反応を進行させる。   According to one embodiment of the present invention, first, an upper electrode is formed on an N-type semiconductor layer of a silicon solar cell having a PN junction. The upper electrode may be formed using a known printing method. Next, the silicon wafer substrate on which the electrodes are formed is immersed in a solution mixed with hydrogen fluoride (HF) and electric energy is applied to advance an electrochemical reaction, or a chemical reaction without applying electric energy is advanced. Let

本第2実施例の形態においても化学式1で表現される反応が主反応になるように制御する。前記第1実施例においては、式2が最終的な反応になるように維持しているが、第2実施例においては、式3が最終的な反応として維持されるように制御される。前述のように、式3は式2で形成されたシリコン酸化物が除去される反応であるため、このような反応を最終反応として維持させるとパッシべーション層が形成されなく、図16に図示されたように、シリコンの表面が露出された多孔性構造を有するシリコンウエハー基板が得られる。勿論、第2実施例においては、シリコンウエハー基板に上部電極を先ず形成させた後、多孔性構造を形成するので、上部電極の下部には多孔性構造が形成されない。   Also in the form of the second embodiment, control is performed so that the reaction expressed by Chemical Formula 1 becomes the main reaction. In the first embodiment, Formula 2 is maintained so as to be a final reaction, but in the second embodiment, control is performed so that Formula 3 is maintained as a final reaction. As described above, since the equation 3 is a reaction for removing the silicon oxide formed in the equation 2, if such a reaction is maintained as a final reaction, a passivation layer is not formed and is illustrated in FIG. As described above, a silicon wafer substrate having a porous structure in which the surface of silicon is exposed is obtained. Of course, in the second embodiment, since the porous structure is formed after the upper electrode is first formed on the silicon wafer substrate, the porous structure is not formed below the upper electrode.

次いで、多孔性構造が形成されたシリコンウエハー基板を酸化反応させて図17に図示されたように、パッシべーション層180を形成させる。このような酸化反応によってシリコン太陽電池のN型半導体層の表面が酸化されてシリコン酸化物からなるパッシべーション層180が形成されることになる。   Next, the silicon wafer substrate on which the porous structure is formed is subjected to an oxidation reaction to form a passivation layer 180 as shown in FIG. By such an oxidation reaction, the surface of the N-type semiconductor layer of the silicon solar cell is oxidized to form a passivation layer 180 made of silicon oxide.

一般的に、シリコンウエハー表面に熱酸化反応を利用してシリコン酸化物を形成させるためには600℃以上の高温が必要である。本発明の多孔性構造を有するシリコンウエハー基板は、広い表面積を有するので、表面を安定化させるシリコン酸化物が生成される酸化反応の速度が速くなることができる。このため、初期の酸化反応は従来のシリコン酸化反応のメカニズムとは異なり速い速度でなるが、一定時間が経過した後、一定の厚さ以上の酸化膜が形成されるようになると、従来のメカニズムに従うようになる。したがって、多孔性構造を有するシリコンウエハー基板の表面を酸化させることによって、パッシべーション層180を形成させるための熱エネルギーは200℃〜600℃であれば十分であり、好ましくは約500℃の温度を有するオーブンで約30分間、酸化反応させることによってパッシべーション層180を形成させることができる。   Generally, a high temperature of 600 ° C. or higher is required to form silicon oxide on the surface of a silicon wafer using a thermal oxidation reaction. Since the silicon wafer substrate having a porous structure of the present invention has a large surface area, the speed of the oxidation reaction in which silicon oxide that stabilizes the surface is generated can be increased. For this reason, the initial oxidation reaction is faster than the conventional silicon oxidation reaction mechanism, but when a certain thickness of oxide film is formed after a certain period of time, the conventional mechanism To follow. Accordingly, it is sufficient that the thermal energy for forming the passivation layer 180 by oxidizing the surface of the silicon wafer substrate having a porous structure is 200 ° C. to 600 ° C., preferably about 500 ° C. The passivation layer 180 can be formed by performing an oxidation reaction in an oven having about 30 minutes.

このように、第2実施例によるパッシべーションを有する多孔性シリコンウエハー基板の製造においては、相対的に低い温度で優秀な組成を有するパッシべーション層を得ることができる。   Thus, in the manufacture of the porous silicon wafer substrate having the passivation according to the second embodiment, a passivation layer having an excellent composition can be obtained at a relatively low temperature.

また、前述のように、シリコン酸化物からなるパッシべーション層が反射防止膜としての機能も遂行して太陽電池の効率をさらに向上させることができ、実際にこのような実施例に従って製造された太陽電池素子は、既存の多孔性構造を有する太陽電池素子に比べて8%〜20%の効率上昇を示した。   In addition, as described above, the passivation layer made of silicon oxide can also function as an antireflection film to further improve the efficiency of the solar cell, and was actually manufactured according to such an embodiment. The solar cell element showed an efficiency increase of 8% to 20% compared to the solar cell element having an existing porous structure.

一方、第2実施例によるパッシべーション層を有する多孔性シリコン基板の製造は、電気化学的方法、化学的方法、機械的方法、及び/又は乾式酸化反応を利用する方法で製造される多孔性太陽電池の表面に全て適用することができる。   Meanwhile, a porous silicon substrate having a passivation layer according to the second embodiment is manufactured by an electrochemical method, a chemical method, a mechanical method, and / or a method using a dry oxidation reaction. All can be applied to the surface of a solar cell.

第3実施例
第3実施例は、多孔性構造を有するシリコン基板のN型半導体層の表面にパッシべーション層180を蒸着する方法によって製造する方式の実施形態である。
Third Example The third example is an embodiment of a method of manufacturing by a method of depositing a passivation layer 180 on the surface of an N-type semiconductor layer of a silicon substrate having a porous structure.

パッシべーション層180は、シリコン基板の表面欠陥を効果的に除去することのできる物質を選択して蒸着することが好ましい。シリコン系非晶質化合物がこのような物質として適合する。シリコン系非晶質化合物は、該当分野の公知技術を有する当業者が選択できる物質であれば良く、特に、非晶質水素化シリコン(a−Si:H)、非晶質窒化水素(a−Si)などが好ましい。 The passivation layer 180 is preferably deposited by selecting a material that can effectively remove surface defects of the silicon substrate. Silicon-based amorphous compounds are suitable as such materials. The silicon-based amorphous compound may be any material that can be selected by those skilled in the art having a known technique in the relevant field. In particular, amorphous silicon hydride (a-Si: H), amorphous hydrogen nitride (a- Si x N y ) and the like are preferable.

一方、パッシべーション層180の表面蒸着には、やはり当業者の分る公知の薄膜蒸着技術を使用すれば良いが、好ましくはプラズマ化学気相成長法(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)を利用することができる。前記プラズマ化学気相成長法は、プラズマエネルギーを利用して混合ガスをイオンとラジカルに分解して目的とする物質が蒸着されるように誘導する方式である。また、このような蒸着法を利用してパッシべーション層180を単一層ではなく多層構造に蒸着させることができる。   On the other hand, a known thin film deposition technique known to those skilled in the art may be used for surface deposition of the passivation layer 180, but preferably a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method is used. can do. The plasma chemical vapor deposition method is a method in which plasma energy is used to decompose a mixed gas into ions and radicals so that a target substance is deposited. In addition, the passivation layer 180 can be deposited in a multilayer structure instead of a single layer using such a deposition method.

このように形成されたシリコン太陽電池の最上部に上部電極を印刷することによって、パッシべーション層180を有する多孔性シリコン太陽電池が完成されることになる。   The porous silicon solar cell having the passivation layer 180 is completed by printing the upper electrode on the uppermost part of the silicon solar cell thus formed.

第3実施例によって形成されたパッシべーション層180も表面欠陥をより最少化させる反射防止膜としての機能も遂行することによって、太陽電池の効率をさらに向上させることができる。このような実施例によって製造された太陽電池素子は、既存の多孔性構造を有する太陽電池素子に比べて10%〜25%の効率上昇を示した。   The passivation layer 180 formed according to the third embodiment also functions as an antireflection film that minimizes surface defects, thereby further improving the efficiency of the solar cell. The solar cell element manufactured by such an example showed an increase in efficiency of 10% to 25% compared to the solar cell element having an existing porous structure.

本発明の他の実施形態による太陽電池の製造方法は、図18〜図28に図示されている。これらの太陽電池の製造方法に対する実施形態は、P型シリコン基板100とN型半導体層120との間にP型不純物が高濃度にドーピングされたP+型半導体層160をさらに包含することを特徴とする。   A method for manufacturing a solar cell according to another embodiment of the present invention is illustrated in FIGS. The embodiments of the solar cell manufacturing method further include a P + type semiconductor layer 160 doped with a high concentration of P type impurities between the P type silicon substrate 100 and the N type semiconductor layer 120. To do.

図18〜図23を参照するとき、前記目的を達成するための本発明の太陽電池の製造方法の1つとして、P型シリコン基板100に高濃度のN型不純物をドーピングしてN型半導体層120を形成する段階を先ず図示する(図18)。前記N型不純物は、P型シリコン基板100の斜面、即ち、表面、裏面、四方の側面に全体的にドーピングされることができる。   Referring to FIGS. 18 to 23, as one method of manufacturing a solar cell of the present invention for achieving the above object, an N-type semiconductor layer is doped by doping a P-type silicon substrate 100 with a high-concentration N-type impurity. The step of forming 120 is illustrated first (FIG. 18). The N-type impurity may be totally doped on the slope of the P-type silicon substrate 100, that is, the front surface, the back surface, and the four side surfaces.

前記N型不純物の半導体層の厚さは、特に制限されないが、100〜600nmであることが好ましい。   The thickness of the N-type impurity semiconductor layer is not particularly limited, but is preferably 100 to 600 nm.

次いで、前記P型シリコン基板100とN型半導体層120とが接する水平面の中いずれか1つの面の間に高濃度のP型不純物がドーピングされるP+型半導体層160を形成する(図19)。上述したことは、ただ、本発明の1つの構造例であり、水平的なP+型半導体層160に限定するものではなく、P型シリコン基板100に陥没されるP+型半導体層に形成することもできる。   Next, a P + type semiconductor layer 160 doped with a high concentration P type impurity is formed between any one of the horizontal planes where the P type silicon substrate 100 and the N type semiconductor layer 120 are in contact (FIG. 19). . What has been described above is merely an example of the structure of the present invention, and is not limited to the horizontal P + type semiconductor layer 160, but may be formed in a P + type semiconductor layer that is depressed in the P type silicon substrate 100. it can.

P+型半導体層160は、多孔性シリコン層を形成することによって形成されることができ、1つ以上が形成されることができる。多孔性シリコン層は、短い工程時間と別途の装備を要することなしに簡単に形成することができ、反射防止膜としても効果的に機能することができる。殊に、多孔性シリコン層はHF−COH−HOからなる水溶液に前記P型シリコン基板100を浸して基板条件にしたがって一定の電流を流すことによって、正孔(hole)を注入する陽極酸化エッチングを通じて形成されることができる。形成方法としては、HNOを通じる化学的エッチングと電流を流す電気化学的エッチングがある。 The P + type semiconductor layer 160 may be formed by forming a porous silicon layer, and one or more may be formed. The porous silicon layer can be easily formed without requiring a short process time and additional equipment, and can effectively function as an antireflection film. In particular, the porous silicon layer is formed by immersing the P-type silicon substrate 100 in an aqueous solution of HF—C 2 H 5 OH—H 2 O and passing a constant current according to the substrate conditions, thereby generating holes. It can be formed through injecting anodic oxidation etching. As a formation method, there are chemical etching through HNO 3 and electrochemical etching in which a current flows.

このように形成された多孔性シリコン層は、太陽電池において反射防止膜の機能の他にも表面保護膜の役割も行うことによって、太陽電池の効率増大を極大化することに寄与することができる。   The porous silicon layer thus formed can contribute to maximizing the increase in efficiency of the solar cell by performing the role of a surface protective film in addition to the function of the antireflection film in the solar cell. .

その後、前記形成されたN型半導体層120の中、側面に形成されたN型半導体層を除去して(図20参照)、前記P型シリコン基板100と隣接するN型半導体層を除去して下部電極200を形成する(図21)。なお、前記図20に示している側面に形成されたN型半導体層を除去する方法は、エッジアイソレーションを利用することができる。前記のN型半導体層を除去する理由は、後に金属層又は金属電極と連結されるとき、太陽電池の陽極と陰極との短絡を起こして太陽電池の動作に不要な要素となるためである。   Thereafter, the N-type semiconductor layer formed on the side surface is removed from the formed N-type semiconductor layer 120 (see FIG. 20), and the N-type semiconductor layer adjacent to the P-type silicon substrate 100 is removed. The lower electrode 200 is formed (FIG. 21). The method for removing the N-type semiconductor layer formed on the side surface shown in FIG. 20 can use edge isolation. The reason for removing the N-type semiconductor layer is that when it is later connected to a metal layer or metal electrode, a short circuit occurs between the anode and the cathode of the solar cell, which becomes an element unnecessary for the operation of the solar cell.

側面ではない水平部分のN型半導体層120を除去する工程は、アルミニウム(Al)と同様な伝導性物質を包含する裏面電界(BSF:back surface field)の形成工程においてその存在意味がなくなるため、別途の除去工程を必要としない場合もある。N型半導体層を除去する方法は、一般的に公知された方法を使用することができ、特定の方法に限定されない。好ましいエッジアイソレーション工程は、プラズマを利用する湿式エッチング(plasma wet etching)、プラズマを利用する乾式エッチング(plasma dry etching)、レーザーエッチング(laser etching)、レーザースクライビング法などがある。アイソレイション方法によって太陽電池動作の特性変化は大きくないが、量産体制を考慮するとき、プラズマ乾式エッチング法とプラズマ湿式エッチング法が有利に使用されることができる。前記プラズマエッチング法は、複数個の基板を積層してプラズマ粒子や溶液に露出させてPN接合が分離されるようにする方法である。   The step of removing the horizontal N-type semiconductor layer 120 that is not the side surface has no meaning in the formation of a back surface field (BSF) including a conductive material similar to aluminum (Al). In some cases, a separate removal step is not required. As a method for removing the N-type semiconductor layer, a generally known method can be used, and the method is not limited to a specific method. A preferable edge isolation process includes wet etching using plasma, plasma dry etching, laser etching, laser scribing, and the like. Although the characteristics of the solar cell operation are not greatly changed by the isolation method, the plasma dry etching method and the plasma wet etching method can be advantageously used when considering mass production. The plasma etching method is a method in which a plurality of substrates are stacked and exposed to plasma particles or a solution so that the PN junction is separated.

前記図21の下部電極200は、好ましくは、金属元素の中、アルミニウム(Al)が包含された裏面電界(BSF)であることができる。その他にも伝導性の優秀な銀(Ag)、白金(Pt)などが使用されることができる。具体的なアルミニウム(Al)BSFの形成方法は、前記エッジに作用するN型半導体層が除去されたP型シリコン基板、P+型半導体層及びN型半導体層で構成された太陽電池において、P型シリコン基板の裏面又は太陽電池の積層形態に従って積層可能なP型シリコン基板の表面にアルミニウム(Al)などの金属元素が包含されたペーストを塗布して高温で熱処理することである。   The lower electrode 200 of FIG. 21 may be a back surface field (BSF) including aluminum (Al) among metal elements. In addition, silver (Ag), platinum (Pt), etc. with excellent conductivity can be used. A specific method for forming aluminum (Al) BSF is a P-type silicon substrate from which an N-type semiconductor layer acting on the edge is removed, a P + type semiconductor layer, and a solar cell composed of an N-type semiconductor layer. Applying a paste containing a metal element such as aluminum (Al) to the back surface of the silicon substrate or the surface of a p-type silicon substrate that can be stacked according to the stacked form of the solar cell and heat-treating it at a high temperature.

前記熱処理の温度は、600℃〜900℃であり、この場合、アルミニウムがシリコンの表面で不純物として作用し、P型シリコン基板の裏面又は表面をP型不純物で高濃度にドーピングされたP+半導体領域、又はP++半導体領域に変化させる。このような領域は、光によってP型基板で生成された電子−正孔対からの電子が再結合することを防止して太陽電池の効率を高める役割をなす。前記電極の厚さは10μm〜30μmであることが好ましい。   The temperature of the heat treatment is 600 ° C. to 900 ° C. In this case, P + semiconductor region in which aluminum acts as an impurity on the surface of silicon and the back surface or surface of the P-type silicon substrate is doped with P-type impurities at a high concentration Or a P ++ semiconductor region. Such a region serves to increase the efficiency of the solar cell by preventing recombination of electrons from electron-hole pairs generated on the P-type substrate by light. The thickness of the electrode is preferably 10 μm to 30 μm.

前記工程の後、残っているN型半導体層120の上部に多孔性構造を形成して(図22)、その多孔性構造の表面にパッシべーション層180を形成する(図23)。また、前記の図面には図示されていないが、N型半導体層の上部には上部電極140が形成されることができる。   After the above process, a porous structure is formed on the remaining N-type semiconductor layer 120 (FIG. 22), and a passivation layer 180 is formed on the surface of the porous structure (FIG. 23). Although not shown in the drawings, an upper electrode 140 may be formed on the N-type semiconductor layer.

また、図21の前記電極を生成する方法は、金属を塗布した後、高温で熱処理するが、このとき、使用される金属は、金属性元素であれば良く、特に、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、白金(Pt)などの物質であることが好ましい。   In addition, the method of generating the electrode in FIG. 21 is to heat-treat at a high temperature after applying a metal. At this time, the metal used may be a metallic element, and in particular, aluminum (Al), silver A substance such as (Ag) or platinum (Pt) is preferred.

本発明の太陽電池は、P型シリコン基板100に高濃度のN型半導体層120と多孔性シリコン層の形成方法によって形成されるP+型半導体層160が隣接して構成され、下部電極200を通じて電気的に通じるようになることである。P+型半導体層160は、必ずしも層状構造である必要はなく、一定な形態としてP型シリコンウエハーの内部に包含されることのできる複数個の陥没型の構造であっても構わない。このような構造の太陽電池の各半導体層による伝導帯と価電子帯及びフェルミ・エネルギーのレベルを図示してみるとき、P型シリコン基板で光によって励起された電子−正孔対が発生され、これらの励起された電子がフェルミ・エネルギーレベルの異なるP+型半導体層の構造によってP型シリコン基板とP+型半導体層の界面又はインタフェースで多量に蓄積される構造であることを確認することができる。   In the solar cell of the present invention, a high-concentration N-type semiconductor layer 120 and a P + -type semiconductor layer 160 formed by a method for forming a porous silicon layer are adjacent to a P-type silicon substrate 100 and are electrically connected through a lower electrode 200. It comes to be able to communicate. The P + type semiconductor layer 160 does not necessarily have a layered structure, and may have a plurality of depressed structures that can be included in a P type silicon wafer as a certain form. When the conduction band, valence band and Fermi energy level of each semiconductor layer of the solar cell having such a structure are illustrated, electron-hole pairs excited by light are generated on the P-type silicon substrate, It can be confirmed that these excited electrons are accumulated in a large amount at the interface or interface between the P-type silicon substrate and the P + -type semiconductor layer by the structure of the P + -type semiconductor layer having different Fermi energy levels.

上述した方法によって製造される太陽電池は、光によって電子−正孔対が生成されるP型シリコン基板の隣接面でP+層とアルミニウムBSF層のP+層のフェルミ・エネルギーレベルによる電子蓄積部位が形成されるため、効率を高めることのできる構造になる。即ち、本発明による太陽電池は、積層構造を調節して人為的にフェルミ・エネルギーレベルをデザインしてP型シリコン基板で発生した電子を一時的に蓄積することによって、シリコンウエハーとP+型半導体層との間の隣接面に多量の電子を充填する構造の太陽電池である。したがって、このように多量に蓄積された電子は、さらに再結合して損失される確率が少なく充填量によって高い電力を発生させることができるため、高効率の光電変換率を期待することができる。   In the solar cell manufactured by the above-described method, electron accumulation sites are formed by the Fermi energy levels of the P + layer and the P + layer of the aluminum BSF layer on the adjacent surface of the P-type silicon substrate where electron-hole pairs are generated by light. As a result, the structure can increase efficiency. That is, the solar cell according to the present invention has a silicon wafer and a P + type semiconductor layer by temporarily adjusting electrons generated in a P-type silicon substrate by adjusting a laminated structure and artificially designing a Fermi energy level. A solar cell having a structure in which a large amount of electrons are filled in the adjacent surface between the two. Therefore, the electrons accumulated in a large amount in this way are less likely to be recombined and lost, and can generate high power depending on the filling amount. Therefore, a highly efficient photoelectric conversion rate can be expected.

図23の縦断面図に示した本発明の太陽電池で分るように、本発明の太陽電池は、P型シリコン基板100を中間に置いてP型不純物が高濃度にドーピングされたP+型半導体層160と下部電極層200とを形成している。その結果、電子損失を減少させて光電変換効率を高めるように配置されている。   As can be seen from the solar cell of the present invention shown in the longitudinal sectional view of FIG. 23, the solar cell of the present invention is a P + type semiconductor in which a P-type silicon substrate 100 is placed in the middle and P-type impurities are doped at a high concentration. A layer 160 and a lower electrode layer 200 are formed. As a result, it arrange | positions so that an electronic loss may be reduced and photoelectric conversion efficiency may be improved.

図24〜図28に図示されたシリコン太陽電池の製造方法もやはり、上述した前記図23の製造方法と同様である。ただ、図24を参照してみるとき、本発明の他の実施形態の太陽電池は、P型シリコン基板100を囲んでN型半導体層120を形成した後、P型シリコン基板100と水平的に接触するN型半導体層の中で下部の水平層であるN型半導体層120とP型シリコン基板100の接触面との間にP+型半導体層160を形成することである。   The manufacturing method of the silicon solar cell shown in FIGS. 24 to 28 is also the same as the manufacturing method of FIG. 23 described above. However, referring to FIG. 24, in the solar cell according to another embodiment of the present invention, the N-type semiconductor layer 120 is formed so as to surround the P-type silicon substrate 100, and then horizontally with the P-type silicon substrate 100. The P + type semiconductor layer 160 is formed between the N type semiconductor layer 120 which is a lower horizontal layer and the contact surface of the P type silicon substrate 100 among the N type semiconductor layers in contact.

したがって、図25を参照すると、中間過程として太陽電池の縦断面は、下からN型半導体層120、P+型半導体層160、P型シリコン基板100及びN型半導体層120の順で積層される。この場合の太陽電池は、電子−正孔対が発生するP型基板に分離された電子を孤立させて蓄積するための構造であって、P+型半導体層160をP型シリコン基板100の上下に置くために、図26のように、上部層のN型半導体層120を除去してアルミニウムを包含する下部電極層200を形成する。また、最下端部の太陽電池に設けられたN型半導体層120の露出された面には電極が形成されるが、これは太陽電池を逆に置いた時、既に前記で説明した上部電極140に該当する。   Therefore, referring to FIG. 25, as an intermediate process, the vertical cross section of the solar cell is laminated in the order of N-type semiconductor layer 120, P + type semiconductor layer 160, P-type silicon substrate 100, and N-type semiconductor layer 120 from the bottom. The solar cell in this case has a structure for isolating and accumulating the separated electrons on the P-type substrate where electron-hole pairs are generated, and the P + type semiconductor layer 160 is placed above and below the P-type silicon substrate 100. In order to place it, as shown in FIG. 26, the upper N-type semiconductor layer 120 is removed to form a lower electrode layer 200 containing aluminum. In addition, an electrode is formed on the exposed surface of the N-type semiconductor layer 120 provided in the lowermost solar cell. This is because the upper electrode 140 already described above is formed when the solar cell is placed upside down. It corresponds to.

その次の工程として、図27から分るように、上述した他の実施形態における太陽電池の製造方法のように、上部電極140が実装された部位を除くN型半導体層120の露出面には、多様な形態のホールが形成された多孔性構造が形成される。また、図28は、前記多孔性構造の表面にパッシべーション層180が形成されていることを図示している。   As the next step, as can be seen from FIG. 27, the exposed surface of the N-type semiconductor layer 120 excluding the portion where the upper electrode 140 is mounted is used as in the method of manufacturing a solar cell in the other embodiments described above. A porous structure in which various types of holes are formed is formed. Further, FIG. 28 illustrates that a passivation layer 180 is formed on the surface of the porous structure.

前記本発明の多様な実施形態による太陽電池の製造工程の各段階などは、連続的であるか、断続的でなることができ、特にPN接合工程と多孔性構造の形成工程が連続的であることに限定されなく、2つの工程の間に他の独立的な工程が追加されることもできる。   Each step of the manufacturing process of the solar cell according to various embodiments of the present invention may be continuous or intermittent, and in particular, the PN junction process and the porous structure forming process are continuous. Without being limited thereto, another independent process may be added between the two processes.

本発明の1実施形態によると、前記太陽電池の製造工程の後に、上部表面に反射防止膜(AR)をさらに形成する工程を設定することができる。この反射防止膜を成す物質は従来の太陽電池で使用されている場合もある。   According to one embodiment of the present invention, a step of further forming an antireflection film (AR) on the upper surface can be set after the manufacturing step of the solar cell. The material forming this antireflection film may be used in conventional solar cells.

本発明の太陽電池の光電変換効率が改善される原理は、上述のように太陽電池の構造的な側面において理解されることができ、さらに各半導体層におけるフェルミ・エネルギーレベルを表現したグラフである、図29を参照するとさらに容易に理解することができる。   The principle that the photoelectric conversion efficiency of the solar cell of the present invention is improved can be understood from the structural aspect of the solar cell as described above, and is a graph expressing the Fermi energy level in each semiconductor layer. This can be understood more easily with reference to FIG.

図29は、太陽電池層に対して区画別に伝導帯と価電子帯を図示しているが、P型シリコン基板100で生成されて分離された電子などがN型半導体層120に移動する途中、P+型半導体層160の障壁に詰まってP型シリコン基板とP+型半導体層の隣接界面に孤立、蓄積されることを確認することができる。   FIG. 29 illustrates the conduction band and the valence band for each section with respect to the solar cell layer, while the electrons generated and separated by the P-type silicon substrate 100 move to the N-type semiconductor layer 120. It can be confirmed that the P + type semiconductor layer 160 is clogged by the barrier and is isolated and accumulated at the adjacent interface between the P type silicon substrate and the P + type semiconductor layer.

以上、本発明の具体的な課題解決手段となる構成は、ただ例示に過ぎなく、本発明はこれらに必ずしも制限されるのではない。当業者は、本発明の範囲内で説明した実施形態を変更又は変形することができ、このような変更又は変形も本発明の範囲に属する。また、本発明において説明した各構成要素の物質は、当業者に公知の多様な物質から容易に選択して代替することができる。また、当業者は、本明細書において説明された構成要素の中、一部を性能の劣化なしに省略するか、又は、性能を改善するために構成要素を追加することができる。のみならず、当業者は工程環境や装備に従って本明細書で説明した方法段階の順序を変更することもできる。   As mentioned above, the structure used as the concrete problem-solving means of this invention is only an illustration, and this invention is not necessarily restrict | limited to these. Those skilled in the art can change or modify the embodiments described within the scope of the present invention, and such changes or modifications are also within the scope of the present invention. The constituent materials described in the present invention can be easily selected and replaced from various materials known to those skilled in the art. Moreover, those skilled in the art can omit some of the components described in the present specification without deterioration of performance, or add components to improve performance. In addition, those skilled in the art can change the order of the method steps described herein according to the process environment and equipment.

本発明によると、結晶学的及び/又は構造的観点で多様な形態のホールをシリコンウエハー基板上に形成してなる多孔性構造のバルク型太陽電池を提供して、太陽光の広帯域波長において均一的に反射率を低める効果を得ることができる。   According to the present invention, a porous solar cell having a porous structure in which holes of various forms from a crystallographic and / or structural viewpoint are formed on a silicon wafer substrate is provided, and uniform in a wide wavelength range of sunlight. Thus, the effect of reducing the reflectance can be obtained.

また、このような多孔性表面構造を通じて従来の半導体基板の表面積より拡大される表面積を活用して最適の不純物注入と、最少の製造工程によって太陽電池の効率を増大させることができる。一方、多孔性シリコンウエハー基板上に形成されるパッシべーション層は表面欠陥を最少化することによって太陽電池効率のさらなる向上を期待することができる。   In addition, the efficiency of the solar cell can be increased by optimal impurity implantation and the minimum manufacturing process by utilizing the surface area larger than the surface area of the conventional semiconductor substrate through the porous surface structure. On the other hand, the passivation layer formed on the porous silicon wafer substrate can be expected to further improve the solar cell efficiency by minimizing surface defects.

本発明によると、既存の太陽電池製造工程を活用しながら、本発明を実施することが可能であり、急速な太陽電池需要の拡張にともなって、コストダウンによって競争力を確保することができる。つまり、既存の太陽電池製造工程を最大限利用するとともに、電子を蓄積することのできるエネルギーレベル構造の太陽電池を製造することができるため、高い光電変換効率を有する太陽電池を経済的に生産することができる効果を有している。   According to the present invention, it is possible to implement the present invention while utilizing an existing solar cell manufacturing process, and it is possible to ensure competitiveness by reducing costs as the demand for solar cells rapidly expands. In other words, it is possible to manufacture a solar cell having high photoelectric conversion efficiency economically because it is possible to manufacture a solar cell having an energy level structure capable of accumulating electrons while making maximum use of an existing solar cell manufacturing process. It has an effect that can be.

100:P型シリコン基板
120:N型半導体層
140:上部電極
160:P+型半導体層
180:パッシべーション層
200:下部電極

100: P-type silicon substrate
120: N-type semiconductor layer 140: Upper electrode 160: P + type semiconductor layer 180: Passivation layer 200: Lower electrode

Claims (28)

第1不純物領域のシリコン基板上に前記第1不純物領域と相異する第2不純物領域の半導体層を包含する太陽電池において、
前記第2不純物領域の半導体層の表面が複数個のホールが形成された多孔性構造であることを特徴とする太陽電池。
In the solar cell including the semiconductor layer of the second impurity region different from the first impurity region on the silicon substrate of the first impurity region,
The solar cell according to claim 1, wherein the surface of the semiconductor layer of the second impurity region has a porous structure in which a plurality of holes are formed.
前記第2不純物領域の半導体層における多孔性構造は、
表面の所定部位に上部電極を包含し、前記上部電極が形成された部分を除いた残りの表面に形成されることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。
The porous structure in the semiconductor layer of the second impurity region is
The solar cell according to claim 1, wherein an upper electrode is included in a predetermined portion of the surface, and the solar cell is formed on the remaining surface excluding a portion where the upper electrode is formed.
前記第1不純物領域のシリコン基板の下部には、導電性金属の中から選択されるいずれか1つの金属からなる下部電極をさらに包含することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 1, further comprising a lower electrode made of any one metal selected from conductive metals under the silicon substrate of the first impurity region. 前記第1不純物領域のシリコン基板と第2不純物領域の半導体層との間に、前記第1不純物領域の濃度より高濃度で、かつ多孔性である第1不純物領域の半導体層をさらに包含することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。   And further including a first impurity region semiconductor layer having a higher concentration than the first impurity region and being porous between the silicon substrate of the first impurity region and the semiconductor layer of the second impurity region. The solar cell according to claim 1. 前記第1不純物領域の半導体層の厚さは、100nm〜600nmであることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 4, wherein a thickness of the semiconductor layer in the first impurity region is 100 nm to 600 nm. 前記多孔性構造における各ホールの深さは、前記第2不純物領域の半導体層の厚さより小さいか、同一であるか、又は大きくすることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。   2. The solar cell according to claim 1, wherein the depth of each hole in the porous structure is smaller than, equal to, or greater than the thickness of the semiconductor layer of the second impurity region. 前記ホールの形状は、その縦断面がU字形、V字形、多角形の中いずれか1つ以上の形態であって、互に異なることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。   2. The solar cell according to claim 1, wherein the shape of the hole is different from each other in any one or more of a U-shape, a V-shape, and a polygon. 前記ホールの基底点を包含する面と側面とでなる角度は、0°〜135°であることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。   2. The solar cell according to claim 1, wherein an angle formed by a surface including a base point of the hole and a side surface is 0 ° to 135 °. 前記第2不純物領域の半導体層における多孔性構造の表面気孔度は、10%〜70%であることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 1, wherein the surface porosity of the porous structure in the semiconductor layer of the second impurity region is 10% to 70%. 前記第2不純物領域の半導体層の表面は、X線回折法(XRD)を利用する結晶分析の時において、220、311、320、331、400、411、422、511、531、533の中いずれか1つ以上の結晶面を有することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。   The surface of the semiconductor layer of the second impurity region may be any of 220, 311, 320, 331, 400, 411, 422, 511, 531, 533 during crystal analysis using X-ray diffraction (XRD). The solar cell according to claim 1, wherein the solar cell has one or more crystal planes. 前記第2不純物領域の半導体層における多孔性構造の表面にパッシべーション層又は反射防止膜をさらに形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 1, wherein a passivation layer or an antireflection film is further formed on the surface of the porous structure in the semiconductor layer of the second impurity region. 前記パッシベーション層は、前記シリコン基板を不動態化させることを特徴とする請求項11に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 11, wherein the passivation layer passivates the silicon substrate. 前記パッシベーション層は、少なくとも1層以上のシリコン酸化物又はシリコン系非晶質化合物からなることを特徴とする請求項11に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 11, wherein the passivation layer is made of at least one silicon oxide or silicon-based amorphous compound. 前記パッシベーション層を形成する物質の屈折率は、大気の屈折率と前記シリコン基板の屈折率との中間の値を有することを特徴とする請求項11に記載の太陽電池。   12. The solar cell according to claim 11, wherein the refractive index of the material forming the passivation layer has an intermediate value between the refractive index of the atmosphere and the refractive index of the silicon substrate. 第1不純物領域のシリコン基板の上部に前記第1不純物領域の第1不純物と相異する第2不純物をドーピングして第2不純物領域の半導体層を形成する段階と、
前記第2不純物領域の半導体層の表面に複数個のホールが形成された多孔性構造を形成する段階とを包含する太陽電池の製造方法。
Doping a second impurity different from the first impurity of the first impurity region on the silicon substrate of the first impurity region to form a semiconductor layer of the second impurity region;
Forming a porous structure in which a plurality of holes are formed on the surface of the semiconductor layer of the second impurity region.
第1不純物領域のシリコン基板に前記第1不純物領域の第1不純物と相異する第2不純物をドーピングして第2不純物領域の半導体層を形成する段階と、
前記第1不純物領域のシリコン基板と第2不純物領域の半導体層とが接する水平面の中、いずれか1つの面の間に、前記シリコン基板の第1不純物の濃度より高い濃度の第1不純物領域の半導体層を形成する段階と、
前記形成された第2不純物領域の半導体層の中、側面に形成される第2不純物領域の半導体層を除去する段階と、
前記第1不純物領域のシリコン基板と隣接する第2不純物領域の半導体層を除去して電極を形成する段階と、
前記除去されなく残っている第2不純物領域の半導体層の表面に複数個のホールが形成された多孔性構造を形成する段階とを包含する太陽電池の製造方法。
Doping a silicon substrate of the first impurity region with a second impurity different from the first impurity of the first impurity region to form a semiconductor layer of the second impurity region;
The first impurity region having a concentration higher than the concentration of the first impurity of the silicon substrate is disposed between any one of the horizontal surfaces where the silicon substrate of the first impurity region and the semiconductor layer of the second impurity region are in contact with each other. Forming a semiconductor layer; and
Removing the semiconductor layer of the second impurity region formed on the side surface of the semiconductor layer of the second impurity region formed;
Removing the semiconductor layer of the second impurity region adjacent to the silicon substrate of the first impurity region to form an electrode;
Forming a porous structure in which a plurality of holes are formed on the surface of the semiconductor layer of the second impurity region that remains without being removed.
前記第1不純物領域の半導体層を形成する方法は、多孔性シリコン層の形成方法によることを特徴とする請求項16に記載の太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell according to claim 16, wherein the method for forming the semiconductor layer of the first impurity region is a method for forming a porous silicon layer. 前記側面に形成された第2不純物領域の半導体層を除去する方法は、エッジアイソレーションを利用することを特徴とする請求項16に記載の太陽電池の製造方法。   The method of manufacturing a solar cell according to claim 16, wherein the method of removing the semiconductor layer of the second impurity region formed on the side surface uses edge isolation. 前記第2不純物領域の半導体層の表面に多孔性構造を形成する段階は、
第2不純物領域の半導体層の上部の所定部位に上部電極を形成した後、前記上部電極が形成された部分を除く残りの第2不純物領域の半導体層の表面に多孔性構造を形成することを特徴とする請求項15又は16に記載の太陽電池の製造方法。
Forming a porous structure on a surface of the semiconductor layer of the second impurity region,
After forming an upper electrode at a predetermined portion of the semiconductor layer in the second impurity region, forming a porous structure on the surface of the semiconductor layer in the remaining second impurity region except for the portion where the upper electrode is formed. The method for manufacturing a solar cell according to claim 15 or 16, wherein the method is a solar cell manufacturing method.
前記第2不純物をドーピングする方法は、イオン注入法、熱拡散法、及びオキシ塩化リン(POCl)拡散法の中から選択されるいずれか1つの方法であることを特徴とする請求項15又は16に記載の太陽電池の製造方法。 The method for doping the second impurity is any one selected from an ion implantation method, a thermal diffusion method, and a phosphorus oxychloride (POCl 3 ) diffusion method. 16. A method for producing a solar cell according to 16. 前記第2不純物をドーピングする方法は、800℃〜900℃の炉内に前記第1不純物領域のシリコン基板をおいて、第2不純物を含有するガスを注入することを特徴とする請求項15又は16に記載の太陽電池の製造方法。   16. The method of doping the second impurity includes placing a silicon substrate in the first impurity region in a furnace at 800 ° C. to 900 ° C. and injecting a gas containing the second impurity. 16. A method for producing a solar cell according to 16. 前記第1不純物がP型であり、第2不純物がN型であるとき、前記第2不純物を含有するガスはオキシ塩化リン(POCl)であることを特徴とする請求項21に記載の太陽電池の製造方法。 The sun of claim 21, wherein when the first impurity is P-type and the second impurity is N-type, the gas containing the second impurity is phosphorus oxychloride (POCl 3 ). Battery manufacturing method. 前記多孔性構造を形成する方法は、湿式化学エッチング法、乾式化学エッチング法、電気化学エッチング法、機械的エッチング法の中いずれか1つの方法によってシリコン基板をエッチングすることを特徴とする請求項15又は16に記載の太陽電池の製造方法。   The method for forming the porous structure is characterized in that the silicon substrate is etched by any one of a wet chemical etching method, a dry chemical etching method, an electrochemical etching method, and a mechanical etching method. Or the manufacturing method of the solar cell of 16. 前記湿式化学エッチング法及び電気化学エッチング法を使用する場合、シリコン基板との反応物質は、フッ酸(HF)、窒酸(HNO)、酢酸(CHCOOH)で構成された群から選択される1種以上の酸であることを特徴とする請求項23に記載の太陽電池の製造方法。 When using the wet chemical etching method and the electrochemical etching method, the reactant with the silicon substrate is selected from the group consisting of hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3 ), and acetic acid (CH 3 COOH). The method for producing a solar cell according to claim 23, wherein the acid is one or more acids. 前記湿式化学エッチング法及び電気化学エッチング法を使用する場合、シリコン基板との反応物質は、フッ酸(HF)、窒酸(HNO)、酢酸(CHCOOH)で構成された群から選択される1種以上の酸と、
アセトニトリル(acetonitrile)、ジメチルホルムアミド(dimethyl formamide)、ホルムアミド(formamide)、ジエチルスルホキシド(diethyl sulfoxide)、ヘキサメチルリン酸トリアミド(hexamethyl phosphoric triamide)、ジメチルアセトアミド(dimethyl acetamide)、水(water)、メチルアルコール(methyl alcohol)、エチルアルコール(ethyl alcohol)、イソプロピルアルコール(isopropyl alcohol)から構成された群から選択される1種以上の物質との混合液であることを特徴とする請求項23に記載の太陽電池の製造方法。
When using the wet chemical etching method and the electrochemical etching method, the reactant with the silicon substrate is selected from the group consisting of hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3 ), and acetic acid (CH 3 COOH). One or more acids,
Acetonitrile, dimethylformamide, formamide, diethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric triamide, water, dimethylacetamide, water 24. The solar cell according to claim 23, wherein the solar cell is a mixed solution with at least one substance selected from the group consisting of methyl alcohol, ethyl alcohol, and isopropyl alcohol. Manufacturing method.
前記湿式化学エッチング法、乾式化学エッチング法、電気化学エッチング法の中選択されるいずれか1つの方法を使用する場合、前記多孔性構造が形成された表面に生成されるシリコン酸化物が除去される反応が、最終的な反応になるべく維持することを特徴とする請求項23に記載の太陽電池の製造方法。   When any one method selected from the wet chemical etching method, the dry chemical etching method, and the electrochemical etching method is used, silicon oxide generated on the surface on which the porous structure is formed is removed. 24. The method of manufacturing a solar cell according to claim 23, wherein the reaction is maintained as much as possible as a final reaction. 前記各工程段階の以後に、前記第2不純物領域の半導体層における多孔性構造の表面に前記シリコン基板を不動態化させるパッシべーション層又は反射防止膜を形成する段階をさらに包含することを特徴とする請求項15又は16に記載の太陽電池の製造方法。   The method further includes forming a passivation layer or an antireflection film for passivating the silicon substrate on the surface of the porous structure in the semiconductor layer of the second impurity region after each of the process steps. The method for producing a solar cell according to claim 15 or 16. 前記パッシベーション層を形成する方法は、
前記多孔性構造が形成されたシリコン基板の表面に対する熱的湿式酸化反応法、前記多孔性構造が形成されたシリコン基板の表面に対する熱的乾式酸化反応法、及び前記多孔性構造が形成されたシリコン基板の上部にシリコン系非晶質化合物を蒸着するプラズマ化学気相成長法(PECVD;Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)の中から選択されるいずれか1つの方法であることを特徴とする請求項27に記載の太陽電池の製造方法。






The method of forming the passivation layer includes:
Thermal wet oxidation reaction method on the surface of the silicon substrate on which the porous structure is formed, thermal dry oxidation reaction method on the surface of the silicon substrate on which the porous structure is formed, and silicon on which the porous structure is formed 28. The method according to claim 27, wherein the method is any one selected from plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) for depositing a silicon-based amorphous compound on a substrate. The manufacturing method of the solar cell of description.






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